Двигатель на водороде как работает

Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

Автомобили с водородными двигателями называют главными конкурентами электрокаров. Но у технологии пока что немало минусов, и, например, основатель Tesla Илон Маск называет ее «тупой и бесполезной». Прав он или нет?

С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.

Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.

История развития рынка водородных двигателей

Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.

Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.

В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.

В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.

Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].

Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.

В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.

В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.

Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.

Toyota Mirai 2016 года выпуска

Как работает водородный двигатель?

На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.

Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

Схема работы водородного двигателя

По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

Как работает водородный двигатель внутри Toyota Mirai

Где применяют водородное топливо?

• В автомобилях с водородными и гибридными двигателями. Такие уже выпускают Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
• В поездах. Первый такой был выпущен в Германии компанией Alstom и ходит по маршруту Букстехуде — Куксхафен;
• В автобусах: например, в городских низкопольных автобусах марки MAN.
• В самолетах. Первый беспилотник на водороде выпустила компания Boeing, внутри — водородный двигатель Ford;
• На водном транспорте. Siemens выпускает подводные лодки на водороде, а в Исландии планируют перевести на водородное топливо все рыболовецкие суда;
• Во вспомогательном транспорте. Водород используют в электрокарах для гольфа, складских погрузчиках, сервисных автомобилях логистических компаний и аэропортов;
• В энергетике. Электростанции мощностью от 1 до 5 кВт, работающие на водороде, могут обеспечивать теплом и энергией небольшие города и отдельные здания. Например, после аварии на Фукусиме в 2018 году Япония активнее начала переходить на водородную энергетику [9], планируя перевести на водород 1,4 млн электрогенераторов;
• В смесях с обычным топливом. Например, с дизельным или газовым — чтобы удешевить производство.

Плюсы водородного двигателя

• Экологичность при использовании. Водородный транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид углерода;
• Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;
• Бесшумная работа двигателя;
• Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электрокарами;
• Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть, запасы которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в нескольких странах. Это позволяет нефтяным государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно для развитых экономик.

Минусы водородного двигателя

• Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1 [10], а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
• Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
• Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых [11]. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.
• Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз [12], из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения.

Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели и легко воспламеняется. Если он заполнит собой весь капот и салон автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили

Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.

Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.

Водородный транспорт в России

В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.

В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.

Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.

Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».

В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.

Перспективы технологии

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.

Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.

С одной стороны, в Европе Toyota Mirai II стоит несколько дешевле, чем Tesla Model S (€64 тыс. против €77 тыс.) [18]. Полная зарядка водородного автомобиля занимает около 3 минут — против 30-75 минут для электрокара. Однако вся разница — в обслуживании: Toyota Mirai вмещает 5 кг водородного топлива [19] по цене $8-9 за кг. Таким образом, полный бак обойдется в $45, и его хватит на 500 км — получаем около $9 за 100 км пробега. Для Tesla Model S те же 100 км обойдутся всего в $3.

Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.

Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.

Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].

Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:

1. Лобби со стороны развитых государств: в США [22], ЕС [23], Японии [24], России [25] и других странах приняты законы в поддержку экологичного транспорта.
2. Удешевление аккумуляторов: согласно исследованию Bloomberg New Energy Finance, за последние десять лет цены на литий-ионные аккумуляторы упали с $1200 до $137 за кВт·ч.
3. Развитие инфраструктуры: специальные электрозарядные станции и зарядки в крупных бизнес-центрах, на парковках ТЦ и аэропортов.

Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.

Согласно прогнозу Markets&Markets [28], к 2022 году объем мирового производства водорода вырастет со $115 до $154 млрд. Остается главный вопрос: как быть с инфраструктурой? Чтобы водородные двигатели стали массовыми, нужны сети заправок, трубопроводы для топлива, отлаженные логистические цепочки. Все это пока только зарождается. Но и тут есть позитивные сдвиги: например, канадская Ballard Power по заказу китайского Министерства транспорта запустила пилотный проект, в рамках которого водородное топливо можно будет заливать в обычные АЗС.

Водородный двигатель автомобиля - как работает и основные недостатки

Авто компании разрабатывают новые виды двигателей для автомобилей будущего. Кто-то ставит ставку на электромоторы, а кто-то разрабатывает водородные двигатели. Рассмотрим водородный двигатель и его преимущества.

Как работает

Автомобиль на водородном топливе имеет так называемый топливный элемент или по-научному — электрохимический генератор. Это своего рода «вечная» батарейка, внутри которой идет реакция окисления водорода и на выходе получается чистый водяной пар, азот и электричество. Т.е. выхлоп такого водородного автомобиля экологический чистый, в нем содержание углекислого газа CO2 равняется нулю.

Автомобиль с топливными элементами, по сути электромобиль. Только с более компактной батареей: ёмкость литий-ионного аккумулятора в 10 раз меньше, чем обычного электромобиля. Батарея нужна только в качестве буфера для хранения энергии, получаемой при рекуперативном торможении и для быстрого холодного старта.

Потому что главный источник энергии — блок топливных элементов — выходит на рабочий режим не сразу. На первых прототипах водородных машин для этого требовалось около полутора часов. На современных — не более 2 минут, чтобы начать превращение водорода и воздуха в водяной пар, азот и электроэнергию. Но на прогрев до рабочей температуры, когда КПД установки достигает 90%, уходит от 15 минут до часа в зависимости от окружающей температуры.

В баллонах хранится 5 кг водорода, обеспечивающие запас хода до 500 км. Полная заправка баллонов займет три минуты.

Главные недостатки

Главный недостаток — высокая себестоимость. Помимо электрохимического генератора, который при массовом производстве может стоить дешевле батарей для электромобилей, нужны еще прочные и легкие баки. Для этого используют дорогой углепластик.

Серьезный недостаток — энергетическая эффективность. Если использовать водород только как промежуточное звено в цепочке доставки энергии от электростанции к колесам автомобиля, то КПД составит не более 30% с учетом потерь на перекачку и охлаждение водорода перед заправкой. В отличие от 70-80% у электромобилей.

Если получать водород из попутного нефтяного газа, то КПД становится несравнимо выше — до 70%. Правда, ценой выбросов углекислого газа.

Если производить автомобили с водородными двигатели, то где взять заправки? В Европе количество водородных заправок можно пересчитать по пальцам, у нас их вовсе нет. Инженеры для таких случаев изобрели бивалентный двигатель, который может одновременно работать на водородном топливе и бензине. Владелец данного автомобиля не будет зависеть от наличия на заправке водородного топлива.

Лет через десять, когда количество водородных заправок в Европе возрастет, тогда водородомобили получат жизнь. Пока реалии не радуют. Взять хотя бы стоимость машины на чисто водородных элементах — она превышает стоимость обычного автомобиля почти в два раза. И на 20 процентов дороге гибридных версий.

как работают водородные автомобили и когда они появятся на дорогах / Хабр

В Испании, где я сейчас живу, довольно много электромобилей — встречаю их практически каждый день, как на дорогах, так и на станциях для зарядки. И каждый год электрокаров становится все больше (не только в Испании, конечно). Но есть и альтернатива — автомобили на водородном топливе, которые тоже не загрязняют природу, поскольку их выхлоп — вода. Тема сегодняшней справочной — водородные машины, принцип их работы и перспективы.

Когда появились первые автомобили на водороде?

Изобрел двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, Франсуа Исаак де Ривас (François Isaac de Rivaz) в 1806 году. Водород он получал с помощью электролиза воды. Поршневой двигатель, который создал изобретатель, называют машиной де Риваса (De Rivaz engine).

Зажигание было искровым, двигатель имел шатунно-поршневую систему работы. Ну а цилиндр приводился в движение детонацией смеси водорода и кислорода электрической искрой — ее приходилось генерировать вручную в момент опускания поршня. Через два года этот же изобретатель построил уже самодвижущееся устройство с водородным двигателем.

Но более-менее широко применять водород для работы автомобильных двигателей стали много лет спустя. В 1941 году в блокадном Ленинграде автомобильные двигатели ГАЗ-АА были модифицированы инженер-лейтенантом Б. И. Шелищем. Движки управляли лебедками аэростатов заграждения (их заправляли водородом, и запасов газа в Ленинграде было много), но это были автомобильные двигатели. Кроме того, были модифицированы и несколько сотен движков в автомобилях.

Начиная с 1980-х сразу в нескольких странах, включая США, Японию, Германию, СССР и Канаду стартовало экспериментальное производство по созданию автомобилей, работающих на водороде, бензин-водородных смесях и смесях водорода с природным газом.

В 1982 году нефтеперерабатывающий завод «Квант» и завод РАФ разработали первый в мире экспериментальный водородный микроавтобус «Квант-РАФ» с комбинированной энергоустановкой на основе водородо-воздушного топливного элемента мощностью 2 кВт и никель-цинковой аккумуляторной батареи емкостью 5 кВт*ч.

На протяжении многих лет такие автомобили разрабатывали в разных странах по большей части в качестве эксперимента. После того, как концепция «зеленого» автомобиля стала популярной, автомобилями на водороде заинтересовались крупные корпорации вроде Toyota. Начиная с 2000-х, автомобильные компании стали разрабатывать концепты коммерческих авто.

А где брать водород?

Водород можно получать разными методами:

• паровая конверсия метана и природного газа;
• газификация угля;
• электролиз воды;
• пиролиз;
• биотехнологии.

Наиболее экономичным способом производства водорода сейчас считается паровая конверсия. Так называют получение водорода из легких углеводородов (метан, пропан-бутановая фракция) с использованием парового риформинга. Риформингом называют процесс каталитической конверсии углеводородов в присутствии водяного пара. Водяной пар смешивается с метаном при высокой температуре (700–1000 Сº) и большом давлении с использованием катализатора.

При паровой конверсии водород получать дешевле, чем используя любые другие методы, включая электролиз.

Наиболее безвредный способ производства водорода — электролиз — получение водорода из воды с использованием электрического тока. Чистота выхода водорода близка к 100%. Если не считать загрязнение для получения электричества, такие установки почти безвредны для окружающей среды, поскольку в процессе работы выделяются только водород и кислород.

Еще один безопасный для окружающей среды способ получения водорода — реактор с биомассой.

Источник

Производить водород можно и на крупной фабрике, и на относительно небольшом предприятии. Чем масштабнее производство — тем ниже себестоимость газа. Но зато в первом случае увеличиваются расходы на доставку водорода к местам заправки машин.

Как работает топливная система и какие есть варианты?

Лучше всего рассмотреть принцип работы такой системы на примере серийных водородных авто Toyota Mirai. Основа — топливный элемент, электрохимическая система, преобразующая частицы водорода и кислорода в воду. Внутри такого элемента — протонпроводящая полимерная мембрана, которая разделяет анод и катод. Обычно это угольные пластины с нанесенным катализатором.

На катализаторе анода молекулярный водород теряет электроны, катионы проводятся через мембрану к катоду, а электроны отдаются во внешнюю цепь. На катализаторе катода молекулы кислорода соединяются с электроном и протоном, образуя воду. Пар или жидкость — это единственный продукт реакции.

Преимущество топливных ячеек на основе протонообменных мембран — высокая удельная мощность и относительно низкая рабочая температура. Они быстро греются и почти сразу после старта начинают производить энергию.

В Mirai используются топливные элементы с высокой удельной мощностью на единицу объема (3,2 кВт/л), максимальная их мощность 124 кВт. Произведенный топливным элементом постоянный ток преобразуется в переменный с одновременным повышением напряжения до 650 В. Электричество поступает в литий-ионный аккумулятор. Для движения машина расходует запасенную в нем энергию.

Водород в топливный элемент Mirai поступает из баллонов высокого давления (около 700 атм). Блок управления в автомобиле контролирует режим работы топливного элемента и зарядку/разрядку аккумулятора.

По данным Toyota на 100 км пути Mirai требуется до 750 граммов водорода. Владельцы Mirai говорят о примерно килограмме водорода на 100 км пути.

Такие автомобили опасны? Почему?

Поскольку водород — горючий газ, то транспортировать и хранить его нужно осторожно. Нужны высокочувствительные газоанализаторы, которые смогут дать сигнал в случае утечки. Правда, водород очень летучий газ (ведь это самый легкий химический элемент) и при попадании в атмосферу водород быстро поднимается вверх.

Сгорает он очень быстро. Дирижабль «Гинденбург» горел всего 32 секунды. Благодаря скоротечности пожара погибли далеко не все пассажиры, выжили 62 человека из 97, находившихся в гондоле дирижабля.

Тем не менее, если автомобилей на водороде станет много, то потребуются новые меры безопасности движения на дорогах. Машины с ДВС тоже опасны — в случае аварии и пробоя бака бензин или дизельное топливо вытекают на дорогу и могут воспламениться. Если будет пробит бак с водородом, газ очень быстро улетучится. Но если близко будет источник открытого огня или искр, водород может загореться.

В Mirai и других моделях водородных авто используются очень прочные баки для водорода. Toyota сделала свои баки пуленепробиваемыми, их стенки из сверхпрочного волокна выдерживают выстрелы из крупнокалиберного оружия. Для тестов компания наняла снайперов и пробить бак смогла только пуля калибром .50 после двойного попадания в одно и тоже место.

Если соблюдать меры безопасности, водородные автомобили не опаснее машин с ДВС.

Какой срок службы у топливных ячеек?

Пока что такая информация есть лишь для Mirai. Toyota заявляет, что одна ячейка гарантированно будет работать на протяжении 250 000 км. Затем, если работа ячейки ухудшается, ее можно заменить в сервисном центре.

Какие компании уже выпускают или собираются выпускать автомобили на водороде?

Водородные машины разрабатывают Honda, Toyota, Mercedes-Benz и Hyundai — у этих компаний уже есть готовые транспортные средства. Другие показывают пока лишь концепты (впрочем, рабочие) или просто красиво отрендеренные картинки. К числу первых можно отнести Audi и Ford, к числу вторых — BMW (справедливости ради нужно сказать, что в 2007 году BMW выпустила партию из 100 экспериментальных «водородных» моделей, которые так и остались экспериментом) и Lexus.

В серию запущены пока лишь Toyota Mirai и Honda Clarity. Их можно приобрести в США и Европе.

Сколько это стоит?

В настоящий момент водородные автомобили немного дороже обычных в плане эксплуатации. Так, при поездке в Европе протяженностью 480 км затраты на горючее для владельца обычной машины составят примерно $45, а вот владелец Mirai заплатит около $57. И это при том, что правительство некоторых стран субсидирует производство водорода для машин. Стоимость 1 кг водорода составляет в среднем $11.45.

Чем водородные авто лучше электромобилей?

Собственно, вопрос не совсем корректный. Дело в том, что и автомобиль на водороде, с топливной ячейкой, и «чистый» электрокар — это электромобили. Просто в одном случае машину заправляют водородом, во втором — электричеством.

Если сравнивать стоимость большинства электромобилей и Toyota Mirai, то они сравнимы, это несколько десятков тысяч долларов США. Стоимость Hyundai ix35 Fuel Cell составляет около $53 тыс., Toyota Mirai — $57 тыс., Honda Clarity — $59 тыс. Стоимость электрокаров Tesla начинается с $45 тыс. (базовая комплектация с прайсом в $35 тыс. пока доступна лишь для предзаказа). Электромобили от BMW стоят около $50 тыс.

Водородные автомобили быстро заправляются — на это уходит всего 3–5 минут, в отличие от электромобилей, где нужно от получаса до нескольких часов для подзарядки.

Основное достоинство водородного транспорта в том, что топливные ячейки служат много лет и практически не нуждаются в обслуживании. Если взять «чистый» электромобиль с его огромной батареей, то ее срок службы всего 1–1,5 тыс. циклов, то есть 3-5 лет. Причем водородный автомобиль без проблем будет работать на морозе (заводиться в том числе), а вот аккумулятор электромобиля потеряет заряд.

Какие перспективы у водородных машин и когда их можно будет увидеть на дорогах?

Водородные автомобили уже колесят по дорогам Европы и США (возможно, единичные экземпляры есть и в других регионах). Но их немного — несколько тысяч, что нельзя назвать массовым внедрением.

Проблема, которая сейчас мешает распространению водородных транспортных средств — отсутствие инфраструктуры (всего несколько лет назад аналогичная проблема была актуальной и для электромобилей). Нужны специализированные фабрики по производству водорода, транспортные системы для водорода и заправки.

Водородные АЗС в 2019 году(источник)

Кроме того, водород получается довольно дорогим, так что если электромобили покупают, в частности, для экономии на топливе, то в случае водородной машины — это не вариант. При массовом появлении фабрик по производству водорода для машин, а также сервисной инфраструктуры можно ожидать выхода гораздо большего числа транспортных средств на водороде на дороги общего пользования.

Но нет гарантии, что это вообще случится ли это или нет — пока неясно. Автопроизводители вроде Toyota активно продвигают свои машины и преимущества водорода в транспортной сфере. Но конкуренция слишком велика, как среди обычных машин с ДВС, так и среди электромобилей.

Водородные двигатели на авто

---

Называть ленивый переход автомобильных двигателей на альтернативные источники энергии, мягко говоря, некорректно. Но тенденция уже намечена. Сначала стандарт Евро1 в 90-х годах прошлого века, потом все плотнее сужающиеся рамки допустимых выбросов в атмосферу. По большому счету, только очень богатые автомобильные производители пока предлагают альтернативу бензину и солярке. А начиналось все совсем не так.

Содержание:

1. Первый автомобиль с водородным двигателем
2. Что такое водородный двигатель
3. Принцип работы двигателя с водородным генератором
4. ДВС на водороде?
5. Недостатки водородных моторов

Первый автомобиль с водородным двигателем

Поскольку речь пойдет сегодня о том, как использовать водородные двигатели на авто, о перспективах их появления на конвейерах автозаводов в принципе, то просто нельзя не вспомнить о том, что такой двигатель появился на 75 лет раньше бензинового силового агрегата. Это было 1806 году, а само изобретение приписывают франко-швейцарскому изобретателю де Ривазу. Как известно, бензиновый двигатель был изобретен только к концу 19 века.

Водородный двигатель призван решить не только экономическую проблему постоянного подорожания нефтепродуктов. В конце концов, нефть когда-то закончится и в тот момент будет поздно думать о ее альтернативе. С другой стороны, ученые ищут замену обычному топливу для автомобильных двигателей в буквальном смысле, чтобы спасти цивилизацию. Атмосфера планеты уже перенасыщена оксидами азота, оксидами серы, углекислым газом. А с ростом количества частного автомобильного транспорта даже в развивающихся странах, ситуация с экологическими показателями атмосферы планеты близка к критической.

Что такое водородный двигатель

Сегодня явно очерчено два направления, в которых работают конструкторы водородомобилей.

1. Проводятся попытки научить работать на водороде обычный двигатель внутреннего сгорания.
2. Использование топливных элементов на водороде для получения электричества, как источника энергии.

Оба эти направления считаются перспективными и уже можно говорить о более-менее результативных экспериментах в этой области.

К примеру, автомобиль Toyota Mirai работает по принципу гибридного автомобиля. Единственный вид используемой энергии — электричество. Но при этом электродвигатель питается как от никель-металлгидридной батареи, так и от водородного топливного элемента, так называемого электрохимического генератора.

Принцип работы двигателя с водородным генератором

Принцип работы водородомобиля не слишком сложен. Вот схематическое изображение устройства и принципа действия водородного агрегата.

1.  Встречный воздух подается через решетки в передней панели и в бампере.
2. Воздух, а точнее, кислород, который находится в воздухе, подается водородный генератор.
3. Генератор вырабатывает электрическую энергию, которая подается в аккумулятор.
4.  Также часть энергии идет на работу электродвигателя.
5.  Электродвигатель через систему привода вращает ведущие колеса.
6. Вода, которая образована в результате химической реакции, сливается из автомобиля или автоматически, или по команде водителя.

Принцип работы водородного генератора также несложен. Он основан на химической реакции водорода и кислорода, в результате молекулярного взаимодействия которых вырабатывается электрическая энергия. Выше мы разместили наглядную схему, показывающую, как работает водородный топливный элемент.

ДВС на водороде?

Еще одно направление, по которому идут изобретатели и конструкторы — применение ДВС, который смог бы работать на смеси водорода и кислорода. Таких наработок существует больше. К примеру, Мазда, Форд, БМВ и МАН уже несколько лет совершенствуют конструкции водородомобилей. За основу они взяли не обычный поршневой двигатель внутреннего сгорания, а роторный. Это объясняется тем, что выпускной и впускной коллекторы расположены довольно близко друг к другу. Выпускной коллектор может нагреваться до очень высоких температур, поэтому есть большая вероятность возгорания топлива вне камеры сгорания. Роторный двигатель лишен такой особенности, поэтому за основу взят именно он.

Однако и стандартный двигатель с кривошипно-шатунным механизмом также был использован в качестве эксперимента на автомобиле БМВ 7-й серии. Это был двигатель, который работал как на бензине, так и на водороде абсолютно независимо. 12-цилиндровый шестилитровый двигатель показывал мощность 260 сил, независимо от вида топлива. Расход водорода на сотню составлял около 50 литров. Водородный бак обеспечивал пробег в 200 км, после чего можно было переключить двигатель на бензин.

Недостатки водородных моторов

Проект провалился. Дело в том, что даже при минимальных переделках конструкции автомобиля, необходимо было устанавливать водородный бак, который занимал половину багажника. Кроме того, инфраструктура водородных заправок в мире насчитывает единицы точек, где можно заправить авто водородом. Добывать водород своими руками не имеет никакого смысла, масштабы не те, да и заправочное оборудование должно быть идеально герметичным.

Ученые прогнозируют более динамичное развитие инфраструктуры водородных заправок только к 2030 году, не ранее. Получать чистый водород можно только двумя путями — либо методом электролиза, либо выделять его из природного газа, поскольку в природе чистого водорода не существует.

Перспектива получать водород из воды выглядит заманчиво, но инвесторы не стоят в очереди на финансирование постройки оборудования, необходимого для получения летучего газа из обычной воды. Разработки продолжаются, нефть потихоньку заканчивается, поэтому человечеству стоит задуматься об альтернативных видах топлива несколько активнее, пока не поздно. А пока, удачных всем дорог на наших дизельных и бензиновых автомобилях.

Читайте также:

---

Водородный двигатель для автомобиля, как избавиться от нефтяной зависимости

Запасы нефти подходят к концу, что вынуждает человечество искать альтернативные источники энергии, способные заменить «черное золото». Одним из решений является применение водородного двигателя, отличающегося меньшей токсичностью и большим КПД. Главное то, что запас сырья для производства горючего почти неограничен.

Когда появился водородный двигатель? В чем особенности его устройства, и каков принцип действия? Где применяется такая технология? Реально ли сделать такой мотор своими руками? Эти и другие вопросы рассмотрим ниже.

Когда появился водородный двигатель, основные компании, ведущие его разработку

Интерес к применению водорода появился еще в 70-х годах в период острого дефицита топлива. Первым современным разработчиком, который представил двигатель для автомобиля работающий на водороде, стал концерн Toyota. Именно он в 1997 году выставил на всеобщее обозрение внедорожник FCHV, который так и не пошел в серийное производство.

Несмотря на первую неудачу, многие компании продолжают исследования и даже производство таких автомобилей. Наибольших успехов добились концерны Тойота, Хендай и Хонда. Разработки ведут и другие компании — Фольксваген, Дженерал Моторз, БМВ, Ниссан, Форд.

В 2021 году появился первый поезд на водородном топливе, являющийся детищем немецкой компании Alstom (ранее GEC-Alsthom) . Планируется, что новый состав Coranda iLint начнет движение в конце 2017 года по маршруту из Букстехуде в Куксхавен (Нижняя Саксония).

В будущем планируется заменить такими поездами 4000 дизельных составов Германии, перемещающихся по участкам дорог без электрификации.

Интерес к покупке Coranda iLint уже проявила Норвегия, Дания и другие страны.

Полет на таблетках

Не так давно в этой сфере произошло два знаковых события. Первое — в самом начале февраля 2021 года, когда британская компания Cella Energy совместно с шотландской ассоциацией морских наук SAMS на полигоне в Аргайле провела успешные испытания твердоводородной технологии на беспилотнике-демонстраторе. По плану полет продолжался десять минут, БЛА поднимался на высоту 80 м.

Второе событие имело место в середине февраля 2021 года в Сингапуре, накануне открытия там Air Show 2021. Тогда серийный мини-БЛА Skyblade 360 UAV компании HES Energy Systems осуществил управляемый полет в течение шести часов и суммарно налетал 300 км со скоростью 50−55 км/ч. В обоих случаях разработчики использовали похожие технологии изготовления материала-носителя водорода и получения из него водорода газообразного.

Материал гидрида был изготовлен в виде гранул, которые размещались на печатной монтажной ленте, что делало удобным производить последовательный, от гранулы к грануле, их осторожный нагрев от бортового источника тепла. Гранулы компании Cella из бoрана аммиака имели квадратное сечение со стороной 1 см. Они были помещены в картридж-газогенератор цилиндрической формы, в котором после выделения газообразного водорода поддерживался необходимый уровень рабочего давления — кстати, небольшой. Технология «гранулы в картридже» позволяет масштабировать топливную загрузку в зависимости от конкретного задания, что обеспечивает гибкость в применении беспилотника.

Особенности водорода как топлива для двигателя

В ДВС бензин смешивается с воздухом, после чего подается в цилиндры и сгорает, в результате чего происходит перемещение поршней и движение транспортного средства.

Применение водорода в виде топлива имеет ряд нюансов:

• После сжигания топливной смеси на выходе образуется только пар.
• Реакция воспламенения происходит быстрее, чем в случае с дизельным топливом или бензином.
• Благодаря детонационной устойчивости, удается поднять степень сжатия.
• Теплоотдача водорода на 250% выше, чем у топливно-воздушной смеси.
• Водород — летучий газ, поэтому он попадает в мельчайшие зазоры и полости. По этой причине немногие металлы способны перенести его разрушительное влияние.
• Хранение такого топлива происходит в жидкой или сжатой форме. В случае пробоя бака водород испаряется.
• Нижний уровень пропорции газа для вхождения в реакцию с кислородом составляет 4%. Благодаря этой особенности, удается настроить режимы работы мотора путем дозирования консистенции.

С учетом перечисленных нюансов применять h3 в чистом виде для двигателя внутреннего сгорания нельзя. Требуется внесение конструктивных изменений в ДВС и установка дополнительного оборудования.

Устройство водородного двигателя

Автомобили с двигателем работающем на водороде делятся на несколько групп:

• Машины с 2-мя энергоносителями. Они обладают экономичным мотором, способным работать на чистом водороде или бензиновой смеси. КПД двигателя такого типа достигает 90-95 процентов. Для сравнения дизельный мотор имеет коэффициент полезного действия на уровне 50%, а обычный ДВС — 35%. Такие транспортные средства соответствуют стандарту Евро-4.
• Автомобиль со встроенным электродвигателем, питающим водородный элемент на борту транспортного средства. Сегодня удалось создать моторы, имеющие КПД от 75% и более.
• Обычные транспортные средства, работающие на чистом водороде или топливно-воздушной смеси. Особенность таких двигателей заключается в чистом выхлопе и увеличении КПД еще на 20%.

Как отмечалось выше, конструкция мотора, работающего на h3, почти не отличается от ДВС за исключением некоторых аспектов.

Главной особенностью является способ подачи горючего в камеру сгорания и его воспламенения. Что касается преобразования полученной энергии в движение КШМ, процесс аналогичен.

Безопасность установки

Многие умельцы размещают пластины в пластиковых ёмкостях. Не стоит экономить на этом. Нужен бак из нержавеющего металла. Если его нет, можно использовать конструкцию с пластинами открытого типа. В последнем случае необходимо применять качественный изолятор тока и воды для надёжной работы реактора.

Известно, что температура горения водорода составляет 2800. Это самый взрывоопасный газ в природе. Газ Брауна – не что иное, как «гремучая» смесь водорода. Поэтому водородные генераторы на автомобильном транспорте требуют качественной сборки всех узлов системы и наличия датчиков для слежения за течением процесса.

Датчик температуры рабочей жидкости, давления и амперметр не будут лишними в конструкции установки

Особое внимание стоит уделить гидрозатвору на выходе из реактора. Он жизненно необходим

Если произойдёт воспламенение смеси, такой клапан предотвратит распространение пламени в реактор.

Водородный генератор для отопления жилых и производственных помещений, работающий на тех же принципах, отличается в несколько раз большей производительностью реактора. В таких установках отсутствие гидрозатвора представляет смертельную опасность. Водородные генераторы на автомобилях в целях обеспечения безопасной и надёжной работы системы также рекомендуется оборудовать таким обратным клапаном.

Принцип работы

Принцип работы водородных двигателей стоит рассмотреть применительно к двум видам таких установок:

1. Моторы внутреннего сгорания;
2. Двигатели на водородных элементах.

Водородные моторы внутреннего сгорания

В ДВС из-за того, что горение бензиновой смеси осуществляется медленнее, топливо попадает в камеру сгорания раньше достижения поршнем своей верхней точки.

В водородном двигателе, благодаря мгновенному воспламенению газа, удается сместить время впрыска до момента, пока поршень начнет возвратное движение. При этом для нормальной работы мотора достаточно небольшого давления в топливной системе (до 4-х атмосфер).

В оптимальных условиях водородный мотор способен работать с питающей системой закрытого вида. Это значит, что в процессе образования смеси атмосферный воздух не применяется.

После завершения такта сжатия в цилиндре остается пар, который направляется в радиатор, конденсируется и становится водой.

Реализация варианта возможна в случае, если на машине смонтирован электролизер — устройство, обеспечивающее отделение водорода от h3O для последующей реакции с O2.

Воплотить в реальность описанную систему пока не удается, ведь для нормальной работы двигателя и снижения силы трения применяется масло.

Последнее испаряется и является частью отработавших газов. Так что применение атмосферного воздуха при работе водородного двигателя пока необходимо.

Двигатели на водородных элементах

Принцип действия таких устройств построен на протекании химических реакций. Кожух элемента имеет мембрану (проводит только протоны) и электродную камеру (в ней находится катод и анод).

В анодную секцию подается h3, а в катодную камеру — O2. На электроды наносится специальное напыление, выполняющее функцию катализатора (как правило, платина).

Под действием каталитического вещества происходит потеря водородом электронов. Далее протоны подводятся через мембрану к катоду, и под влиянием катализатора формируется вода.

Из анодной камеры электроны выходят в электрическую цепь, подключенную к мотору. Так формируется ток для питания двигателя.

Где использовались водородные топливные элементы?

Особенность топливных элементов водородного типа —способность производить энергию для электрического мотора. Как результат, система заменяет ДВС или становится источником бортового питания на транспортном средстве.

Впервые топливные элементы были использованы в 1959 году компанией из США.

Если говорить в целом, топливные элементы применяются:

• НА АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ. В отличие от КПД стандартного двигателя, они показывают лучшие результаты. На испытании первого автобуса топливные элементы показали КПД в 57%. Сегодня такие устройства тестируются многими производителями автомобилей — Хонда, Форд, Ниссан, Фольксваген и другими.

  

• НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ. На современном этапе больше 60% транспорта на ж/д — тепловозы. Сегодня водородные поезда разрабатываются во многих странах — Японии, Дании, США и Германии.
• НА МОРСКОМ ТРАНСПОРТЕ. Водородные топливные элементы наиболее востребованы на подводных лодках. Активные работы в этом направлении ведутся в Германии и Испании, а в роли заказчиков выступают другие страны, среди которых Италия, Греция, Израиль.
• В АВИАЦИИ. Первые самолеты на водородном двигателе появились еще в 80-х годах прошлого века. На современном этапе новый вид топлива применяется для создания беспилотных летательных аппаратов (в том числе вертолетов).

Также водородные топливные элементы нашли применение на вилочных погрузчиках, велосипедах, скутерах, мотоциклах, тракторах, автомобилях для гольфа и другой технике.

Какой срок службы топливных ячеек?

Во всем мире на сегодняшний день такие авто – большая редкость, и их еще нет в серии, сложно сказать, какой ресурс у данного источника энергии. У мастеров еще нет опыта в этом отношении.

Единственное, что можно сказать, по заявлениям представителей Toyota топливный элемент их серийного автомобиля Mirai способен бесперебойно вырабатывать энергию вплоть до 250 тысяч километров. После этого рубежа нужно наблюдать за эффективностью устройства. Если его работа заметно снизилась, топливная ячейка меняется на официальном сервисном центре. Правда, следует ожидать, что за эту процедуру компания возьмет приличную сумму.

Преимущества и недостатки

Чтобы понять особенности и перспективы водородного двигателя в автомобиле, стоит знать его плюсы и минусы. Рассмотрим их подробнее.

Плюсы:

• ЭКОЛОГИЧНОСТЬ. Внедрение водородного двигателя — возможность забыть о проблеме загрязнения окружающей среды. При глобальном переходе на этот вид топлива удастся снизить парниковый эффект и, возможно, спасти планету. Экологичность новых разработок подтверждена компанией Тойота. Работники концерна доказали, что выхлоп из машины безопасен для здоровья. Более того, выходящую воду можно пить, ведь она дистиллирована и очищена от примесей.
• ОПЫТ РАЗРАБОТОК. Известно, что водородный двигатель создан давно, поэтому с его применением на автомобилях проблем быть не должно. Если углубится в историю, первое подобие мотора на водороде в начале XIX века удалось создать Франсуа Исаак де Ривазу — конструктору из Франции. Кроме того, в период блокады Ленинграда на новый вид топлива было переведено почти 500 машин.
• ДОСТУПНОСТЬ. Не менее важный фактор в пользу h3 — отсутствие дефицита. При желании этот вид топлива можно получать даже из сточных вод.
• ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В РАЗНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВКАХ. Существует мнение, что водород используется только в ДВС. Это не так. Новая технология задействована при создании топливного элемента, с помощью которого удается получить электрический ток и запитать электромотор транспортного средства. Преимущества заключаются в безопасности и отсутствии ископаемых элементов, что исключает загрязнение окружающей среды. На современном этапе такая схема считается наиболее безопасной и пользуется наибольшим спросом у разработчиков.

Также к плюсам стоит отнести:

• Минимальный уровень шума;
• Улучшение мощности, приемистости и других параметров двигателя;
• Большой запас хода;
• Низкий расход горючего;
• Простота обслуживания;
• Высокий потенциал применения в виде альтернативного топлива.

Недостатки водородного двигателя:

• СЛОЖНОСТЬ ИЗВЛЕЧЕНИЯ h3 ИЗ ВОДЫ. Как отмечалось, данный газ считается наиболее распространенным элементом на планете, но в чистом виде его почти нет. Этот газ имеет минимальный вес, поэтому он поднимается и удерживается в верхних слоях атмосферы. Атомы h3 быстро связываются с другими элементами, в результате чего образуется вода, метан и другие вещества. Вот почему для применения водорода его необходимо извлечь, а для этого требуются большие объемы энергии. На текущий момент такое производство нерентабельно, что тормозит процесс внедрения водородных двигателей. По приблизительным расчетам цена литра, сжиженного h3 равна от 2 до 8 евро. Итоговые расходы во многом зависят от способа добычи топлива.
• ОТСУТСТВИЕ НЕОБХОДИМОГО ЧИСЛА ЗАПРАВОК. Не меньшая проблема — дефицит АЗС, готовых заправлять машины водородным топливом. Проблема заключается в высокой стоимости оборудования для таких автозаправочных станций (если сравнивать с обычной АЗС). Сегодня разработано множество проектов станций для заправок водородом — от крупных до небольших заправок, но из-за дороговизны и отсутствия массового применения водородных двигателей на автомобилях процесс внедрения идеи может растянуться на десятилетия.

  

• НЕОБХОДИМА ДОРОГОСТОЯЩАЯ МОДЕРНИЗАЦИЯ ДВС. Как отмечалось, водородное топливо теоретически может использоваться для заправки ДВС. Но для применения h3 в качестве основного топлива требуются конструктивные изменения. Если ничего не менять, мощность мотора падает на 20-35%, а ресурс силового узла значительно снижается. Но и это не главный недостаток. Опасность в том, что такой механизм проработает недолго и быстро выйдет из строя. Сгорая, водородная смесь выделяет большее тепло, что приводит к перегреву поршневой и клапанной системы, а мотор работает в режиме повышенных нагрузок. Кроме того, высокие температуры негативно влияют на материалы, из которых сделан силовой узел, и смазывающие вещества. В результате рабочие элементы двигателя быстро износятся. Это значит, что без модернизации ДВС применение h3 невозможно.
• ДОРОГОВИЗНА МАТЕРИАЛОВ. Главным «камнем преткновения» в вопросе развития водородных технологий является высокая стоимость материалов. В качестве катализатора используется платина, цена которой для рядового автовладельца очень высока. Проще потратить деньги и подарить дорогое кольцо жене, чем отдавать их для установки новой детали. Надежда остается на ученых, которые ищут альтернативы для дорогостоящего катализатора. Проводятся тестирования элементов, способных заменить драгоценный металл.

Кроме уже рассмотренных выше, стоит выделить еще ряд недостатков:

• Опасность пожара или взрыва.
• Риски для планеты, ведь увеличение объема водорода может привести к непоправимым последствиям для озонового слоя.
• Увеличение веса машины из-за применения мощных АКБ и преобразователей.
• Наличие проблем с хранением водородного топлива — под высоким давлением или в сжиженном виде. Исследователи еще не пришли к единому выводу, какой из вариантов лучше.

Главные плюсы и минусы водородных моторов

Основные достоинства, которыми обладают водородные двигатели:

высокий уровень экологичности, так как продуктом его сгорания выступает водяной пар. При сгорании водорода происходит ещё и выгорание моторного масла, однако количество токсичных выхлопов при этом в несколько раз меньше, чем при сгорании бензинового или «тяжёлого» топлива; высокий КПД, который в разы превосходит таковой в классических силовых установках, функционирующих на дизельном или бензиновом топливе; относительная конструктивная простота, а также отсутствие дорогостоящих и ненадёжных систем топливоподачи, которые к тому же опасны; бесшумность.

Несмотря на ряд существенных преимуществ, водородные моторы имеют достаточное количество недостатков:

• высокая цена и сложность получения чистого водорода;
• неразвитая инфраструктура автозаправочных станций, способных осуществить дозаправку водородом;
• отсутствие международных стандартов транспортировки и применения водородного горючего;
• высокая цена топливных компонентов и обслуживания водородных двигателей;
• трудности, связанные с хранением водородного горючего. Учёные до сих пор не пришли к единому знаменателю касательно материала, который необходимо использовать при изготовлении баков для хранения горючего водорода;
• увеличение общей массы машины за счёт наличия водородного двигателя, который заметно тяжелее ныне распространённых бензиновых и дизельных моторов.

Кроме того, баллоны с водородом необходимо регулярно проверять и сертифицировать, что может быть сделано исключительно квалифицированными специалистами, обладающими соответствующим разрешением и лицензией.

Опасность водородного топлива

В рассмотренных выше недостатках упоминалось об опасности применения водородного топлива для двигателя. Это главный минус новой технологии.

В сочетании с окислителем (кислородом) возрастает риск воспламенения водорода или даже взрыва. Проведенные исследования показали, что для воспламенения h3 достаточно 1/10 части энергии, необходимой для зажигания бензиновой смеси. Другими словами, для вспыхивания водорода хватит и статической искры.

Еще одна опасность заключается в невидимости водородного пламени. При горении вещества огонь почти незаметен, что усложняет процесс борьбы с ним. Кроме того, чрезмерное количество h3 приводит к появлению удушья.

Опасность в том, что распознать данный газ крайне сложно, ведь у него нет запаха и он полностью невидим для человеческого глаза.

Кроме того, сжиженный h3 имеет низкую температуру, поэтому в случае утечки с открытыми частями тела высок риск серьезного обморожения. Находится данный газ должен в специальных хранилищах.

Из рассмотренного выше напрашивается вывод, то водородный двигатель опасен, и использовать его крайне рискованно.

На самом деле, газообразный водород имеет небольшой вес и в случае утечки он рассеивается в воздухе. Это значит, что риск его воспламенения минимален.

В случае с удушьем такая ситуация возможна, но только при нахождении в замкнутом помещении. В ином случае утечка водородного топлива опасности для жизни не несет. В оправдание стоит отметить, что выхлопные газы ДВС (а именно угарный газ) также несут смертельный риск.

Чем водородные авто лучше электромобилей?

Если взять водородную установку с топливными элементами, то такой автомобиль будет идентичным электромобилем, какой мы привыкли видеть на дорогах. Разница лишь в том, что электрокар заряжается от сети или от терминала на заправочной станции. Водородный же транспорт сам вырабатывает для себя электричество.

Что касается стоимости таких авто, то они стоят дороже. Например, модели Tesla в базовой комплектации будут стоить от 45 тысяч долларов. Водородные аналоги из Японии можно приобрести за 57 тыс.у.е. Баварцы же свои авто на «зеленом» топливе реализуют по цене от 50 тысяч долл.

Если брать во внимание практичность, то проще заправить машину газом (на это уйдет около пяти минут), чем ждать полчаса (при быстрой зарядке, что не для всех типов батарей позволительно) на стоянке. В этом плюс водородных установок.

Технология водородных топливных элементов | Knauf Automotive

Технология водородных топливных элементов может оказаться самым экономически эффективным вариантом автомобильной энергетики на сегодняшний день. Что такое водородный топливный элемент и как он работает?

Что такое водородный топливный элемент?

В ближайшем будущем водородные топливные элементы могут широко использоваться в автомобилях. Это решение имеет множество преимуществ, и есть много признаков того, что автомобили на водородном топливе будут становиться все более популярными. В то же время важно помнить, что водородные топливные элементы, как и любая другая технология, имеют определенные ограничения. Но сначала стоит узнать, как выглядит система такого типа и как она может обеспечивать энергией двигатель автомобиля.

Функция топливного элемента — независимо от его типа — заключается в выработке электроэнергии за счет окисления подаваемого на него топлива. Работа водородных топливных элементов, однако, полностью отличается от работы гальванических элементов, к которым относятся батареи и аккумуляторы. В отличие от этих типов компонентов, топливные элементы не нуждаются в подзарядке и могут начать работать практически сразу после подачи топлива.

Водородные топливные элементы – наиболее широко используемый вариант. Электроды погружены в электролит и используют водород (на аноде) и кислород (на катоде). Это, помимо прочего, устраняет вредные вещества, образующиеся в процессе сгорания топлива — вместо них в окружающую среду выбрасывается только пар.

См. подробнее: Как уменьшить углеродный след в автомобильном секторе?

Как работает водородный топливный элемент?

Благодаря использованию водорода, процесс сгорания топлива не изменяет химический состав электролитов или электродов. Это еще один важный аспект, касающийся различий между топливными и гальваническими элементами. Батареи основаны на реакциях, которые могут привести к изменению используемых веществ — отсюда необходимость зарядки, которая включает в себя обратные процессы.

Принцип работы водородного топливного элемента довольно прост: водород высвобождает электроны, которые затем реагируют с кислородом для производства электроэнергии, оставляя в качестве побочного продукта реакции только пар. В некоторых элементах вместо чистого водорода используются соединения, содержащие большое количество водорода, такие как метан или метанол — в этих случаях эффективность немного ниже, а в процессе сгорания также образуется небольшое количество углекислого газа.

Области применения водородных топливных элементов

Водородные топливные элементы находят довольно широкое применение в различных отраслях:

• энергетические технологии – для обеспечения энергией мест, где невозможен свободный доступ к электросети;
• строительство автономных роботов,
• системы аварийного энергоснабжения,
• космические технологии — корабли и зонды,
• автомобильная промышленность.

Последний пункт, в частности, заслуживает внимания. Двигатели на водородных топливных элементах – это решение, которое принимает все большее число производителей автомобилей. Уже есть несколько моделей от ведущих брендов с таким приводом – эффективность водородных топливных элементов довольно высока, что позволяет использовать их даже в автобусах.

См. подробнее: Амортизаторы для автомобильных баков для хранения водорода

Водородные автомобили – технология, инфраструктура и другие факторы, влияющие на их внедрение

Хотя технология как водородных топливных элементов, так и водородных двигателей в настоящее время достаточно развита, мы все еще довольно далеки от широкомасштабного внедрения этого типа технологий. Однако их количество неуклонно растет, а растущая популярность является результатом сочетания нескольких важных факторов. Среди прочего стоит обратить внимание на действующие нормы — Европейский Союз, совместно с другими организациями, в настоящее время уделяет большое внимание экологичности дорожного движения, поддерживает инициативы, связанные с альтернативными видами топлива, и проясняет юридические вопросы, связанные с электромобильностью.

Одним из решающих преимуществ в повседневной эксплуатации водородного автомобиля является широкая доступность этого элемента – его можно найти практически везде, что позволяет свести затраты к минимуму. Один "бак" в новейших водородных автомобилях позволяет проехать даже более 700 км, что является значительным преимуществом перед другими электромобилями.

См. подробнее: Виды электромобилей против развития электромобильности — в чем преимущества автомобилей HEV, PHEV, FCEEV?

Однако в настоящее время серьезным препятствием является отсутствие доступной инфраструктуры для снабжения автомобилей водородом. В Польше первая станция такого типа была создана всего несколько месяцев назад, а во всей Европе их количество оценивается чуть более чем в 200. Однако существует множество проектов, которые предполагают строительство новых водородных заправочных станций в ближайшие годы.

Как заправлять водородный автомобиль?

С точки зрения водителя, процесс заправки выглядит так же, как и в случае с автомобилем, работающим на топливе. Однако есть несколько важных отличий: водород на заправочных станциях обычно измеряется в килограммах, а не в литрах. Кроме того, заправка водородного автомобиля требует тщательного контроля скорости насоса, поскольку слишком быстрая заправка автомобиля может привести к опасно высокой температуре. Время зарядки нового водородного автомобиля на обычной станции составляет около 3 минут.

Цены на водородные автомобили

В настоящее время водородные автомобили довольно дороги – цены на модели, доступные в Польше, составляют около 65 000 евро. Однако с развитием инфраструктуры и ростом популярности альтернативных видов топлива эти цифры будут постепенно снижаться, как и в случае с другими электромобилями. Важную роль здесь могут сыграть правовые нормы Европейского союза и государств-членов – уже сейчас во многих местах водители могут рассчитывать на льготы, связанные с использованием этого типа автомобилей.

Водородные топливные элементы – преимущества и недостатки

Конструкция водородных топливных элементов относительно проста, как и принцип их работы – благодаря этому химическая энергия может быть преобразована в электричество очень быстро и легко. При этом риск возникновения сбоев и неполадок очень низок. Огромным преимуществом использования этого типа топливных элементов является их нейтральное воздействие на окружающую среду. Побочным продуктом сжигания водорода является только пар, в отличие от ряда вредных веществ, образующихся при использовании твердого топлива. Более того, водородный топливный элемент также создает низкий уровень шума. Технология водородных топливных элементов также обеспечивает эффективную работу в течение длительного времени и возможность больших мгновенных перегрузок. Один элемент вырабатывает ток очень низкого напряжения (от 0,5 до 1 В), но они могут быть объединены практически в любом количестве, что обеспечивает значительную масштабируемость и широкое применение.

Недостатком водородных топливных элементов является довольно высокая стоимость материалов, используемых для производства катализаторов. Кроме того, эффективность систем такого типа ниже, чем при хранении энергии в аккумуляторах. Процесс производства водорода также требует определенных затрат энергии. Несмотря на это, считается, что водород имеет значительный потенциал в качестве источника энергии как для автомобилей, так и для стационарных установок. Следует, однако, помнить, что водородные топливные элементы — это технология, которая все еще находится на стадии разработки, но значение компаний в этом секторе постоянно растет.

Современные решения для электромобильности с Knauf

Постоянно развивающаяся технология водородной энергетики становится все более популярной. По этой причине имеет смысл обратиться к решениям, которые будут хорошо работать на этом быстрорастущем рынке. В современных элементах используются компоненты из вспененного EPP, которые обеспечивают эффективную теплоизоляцию в сочетании с защитой от ударов и повреждений. Одним из ведущих производителей таких деталей является компания Knauf Industries, которая также предлагает ряд других инновационных решений для электромобилей.

Хотите получить более специализированные знания?

Toyota перевела GR Yaris на водород, чтобы сохранить ДВС и рабочие места — Авторевю

Корпорация Toyota готовит масштабное наступление на фронте электромобилей, но отнюдь не планирует расставаться с традиционными силовыми установками. Тойотовский план по «озеленению» ДВС — это перевод поршневых двигателей на водород. Примерно так, как BMW предлагала в середине 2000-х, — впрыскивать h3 в цилиндры и сжигать его, получая в качестве выхлопа почти чистый водяной пар. Правда, на самом деле в Японии этой технологией занимаются еще с 70-х годов, просто в Европе и Америке гораздо шире известны опыты баварского концерна, несмотря на то, что практического применения водородная «семерка» так и не нашла. Но вот теперь про водород в роли горючего топлива вспомнили снова.

Точнее, Toyota вспомнила про него в 2017 году, когда начала искать альтернативы ДВС. А теперь представлен результат этих поисков — прототип хот-хэтча GR Yaris h3 c трехцилиндровым турбомотором 1.6, переведенным на непосредственный впрыск водорода. Конструктивно это тот же двигатель G16E-GTS, который стоит на обычном GR Ярисе, но его топливная система (бак и заправочный механизм) унифицированы с водородомобилем Toyota Mirai. С той только разницей, что Mirai использует водород в электрохимическом генераторе для получения электричества, а GR Yaris — вместо бензина.

К сожалению, Toyota не раскрывает ни мощность, ни динамические характеристики, ни показатели расхода топлива и запаса хода. Видимо, потому что похвастать пока особо нечем. О возможностях этого силового агрегата довольно красноречиво говорят результаты водородной Короллы, которая весной 2021 года принимала участие в 24-часовых гонках на автодроме Fuji Speedway.

Тот автомобиль был оснащен таким же двигателем. Он позволил Королле за сутки преодолеть 358 кругов, или 1634 км, — это меньше половины дистанции, которую прошел победитель марафона. Средняя скорость за сутки составила 67 км/ч, однако непосредственно на трассе водородомобиль провел только 11 часов 54 минуты, все остальное время Corolla находилась в боксах или на отдельной заправочной станции в паддоке. То есть средняя скорость движения в гонке — 136 км/ч.

Из 12 часов простоя восемь часов ушло на устранение технических сложностей и на проверки по части безопасности, а сами дозаправки заняли четыре часа. Пополнять бак приходилось от специальной компрессорной станции на базе грузовика, которая расположилась за пределами пит-лейна. За всю гонку Тойоте потребовалось 35 остановок примерно по семь минут каждая. Таким образом, на одной полной заправке удавалось пройти меньше 50 км.

Тут нет опечатки — пятьдесят километров. Но и ничего удивительного тоже нет. Эффективность использования водорода в ДВС примерно в два раза ниже, чем в топливных ячейках, которые установлены на Mirai. Мощность, очевидно, недотягивает и до бензинового ДВС. Сложности с производством водорода, его хранением и заправкой очевидны. В чем же тогда смысл тойотовских экспериментов?

Пресс-релиз, которым сопроводили GR Yaris h3, говорит, что водородный двигатель, в отличие от электромоторов, звучит и работает как традиционный ДВС, а значит, хранит в себе эмоции и дух езды на «классическом» автомобиле. Но, разумеется, у Тойоты есть и другие резоны. О них еще весной после гонки говорил сам глава корпорации Акио Тойода — силовые агрегаты на водородном топливе позволят сохранить примерно миллион рабочих мест в японском автопроме.

Эти места находятся под угрозой из-за стремительного перехода индустрии на электротягу, а Toyota чувствует свою ответственность за состояние дел в индустрии. Двигатели на горючем водороде, с одной стороны, обеспечат чистый выхлоп и переход к углерод-нейтральному транспорту, а с другой — дадут заводам возможность более мягко адаптироваться к новой реальности. К тому же автомобили с такими силовыми агрегатами обещают быть дешевле, чем электромобили, ведь они обходятся без дорогих батарей и не требуют вложений в разработку «с нуля» электрических компонентов.

Правда, сама Toyota признает, что эта технология еще не готова к коммерциализации, поэтому работы будут продолжены. По слухам, конечной целью может стать применение такого двигателя на гибридных Приусах будущих поколений. Но, как подчеркивал Акио Тойода, водородные ДВС не панацея, а лишь один из вариантов решения сложной экологической проблемы автопрома. И это одна из причин, почему нынешней осенью Toyota оказалась среди четырех автопроизводителей (наряду с концернами Renault-Nissan, Hyundai-Kia и Volkswagen), которые на климатическом саммите в Глазго не стали подписывать декларацию о прекращении выпуска машин ДВС к 2035 году.

90 000 автомобилей с водородным двигателем - как это работает?

Водород можно использовать для питания автомобилей двумя способами. Его можно использовать в качестве топлива в традиционном двигателе, который сжигается в камере, или его можно использовать в топливных элементах для выработки энергии для привода электродвигателя. Энергия связи водорода и кислорода в молекуле воды h3O меньше суммарной энергии связи молекул водорода h3 и кислорода O2.

Следовательно, , когда водород и кислород связываются с молекулами воды, вырабатывается избыточная энергия. Он может быть удален из системы в виде тепла (которое преобразуется в механическую энергию в двигателе внутреннего сгорания) или в виде электрохимической энергии (в топливных элементах).

Расположение компонентов в автомобиле с водородными элементами

(фото: пресс-материалы / Honda)

Преждевременное зажигание является серьезной проблемой при использовании водорода в поршневых двигателях. Причинами этого являются, прежде всего, очень низкая энергия воспламенения водорода и широкий диапазон пределов воспламеняемости.Кроме того, при сгорании водорода в воздухе образуются небольшие количества оксидов азота. Примером такого решения является BMW Hydrogen Series 7. Еще одним недостатком в данном случае является использование жидкого водорода для хранения.

Правда, в жидком состоянии в 846 раз меньше, чем в газообразном при температуре 0 градусов Цельсия и давлении 1 атм, но потребляет много энергии и поэтому его надо охлаждать до температура -253 градуса Цельсия.Так машина не может долго стоять без запуска. Подсчитано, что примерно через 9-14 дней водород нагреется до такой степени, что превратится в газ и испарится из резервуара.

В автомобилях, использующих топливные элементы, баки используются для хранения сжатого водорода. Их цилиндрическая форма напоминает те, которые используются для сжиженного нефтяного газа. Однако конструктивно они гораздо более совершенны с точки зрения применяемой технологии. Внутренний слой из алюминия или стали (ок.20 процентов общая масса), а снаружи покрыт композитным материалом.

Благодаря этому они обладают высокой устойчивостью к механическим повреждениям и сравнительно небольшим весом. Например, Honda FCX Concept использует 171-литровый бак, в котором хранится газ под давлением 35 МПа. С полным баком машина способна проехать 569,7 км.

Схема работы автомобиля на топливных элементах относительно проста. На первом этапе водород из бака подается в камеру, куда также подается воздух, чаще всего с применением турбокомпрессора.Затем ток (постоянный ток) передается от ячейки к тяговому преобразователю, где он преобразуется в переменный ток и передается на асинхронный двигатель. Заключительный этап – передача крутящего момента на колеса автомобиля.

Водородные баки на Honda FCX Concept 2006

(фото: пресс-материалы / Honda)

Самым важным элементом всей системы, конечно же, являются топливные элементы. Это электрохимические устройства, вырабатывающие полезную энергию (электричество, тепло) в результате химической реакции между водородом и кислородом.Ячейка состоит из двух электродов: катода и анода. Они разделены электролитом или электролитической мембраной. Они пропускают поток катионов и блокируют поток электронов .

Когда он попадает на анод, он распадается на протоны и электроны. Первые могут свободно проходить через электролит к катоду, к которому подается воздух. С другой стороны, поток электронов к катоду проходит через внешнюю цепь , вызывая генерацию электрического тока.Эта электрохимическая реакция водорода и кислорода производит электричество, воду и тепло.

• Реакция на аноде: h3 => 2H ₊ + 2e _-
• Реакция на катоде: ½ O2 + 2H ₊ + 2e _- => h3O
• Это можно резюмировать следующим образом: h3 + ½ O2 => h3O, что сопровождается выделением тепла и электричества.

Существует множество типов топливных элементов.Один из критериев, согласно которые можно разделить на температурные, так как некоторые из используемых веществ обладают очень хорошими электролитическими свойствами при высоких температурах. Мы различаем высокотемпературные и низкотемпературные топливные элементы .

Эксплуатация первого происходит при температуре около 600 градусов Цельсия. Они могут использовать водород низкой чистоты, а также некоторые углеводороды, такие как метан. Еще одним преимуществом является их высокая эффективность. К сожалению, , самый большой недостаток - это высокая временная инерционность ячейки , ее нельзя запустить сразу, из-за чего в автомобилестроении их не применяют.

Низкотемпературные элементы используются в автомобилях. Они работают при температурах ниже 250 градусов Цельсия, но, к сожалению, требуется чистый водород. Однако нет необходимости использовать термостойкие материалы, что обеспечивает безопасность и благоприятно для использования в автомобилях.

Электродвигатели в Honda FCX Concept 2006

(фото: пресс-материалы / Honda)

Существует три основных типа низкотемпературных элементов.Первый — это AFC (щелочные топливные элементы), где электролитом является гидроксид калия. Рабочая температура от 65 до 220 градусов Цельсия, что способствует быстрому вводу в эксплуатацию. Они имеют высокий КПД, малый вес и малую вместимость. Также они отличаются относительно коротким сроком службы и большими проблемами с отводом воды, которые необходимо устранять перед повторным запуском.

В фосфорнокислотных топливных элементах (PAFC) в качестве электролита используется концентрированная фосфорная кислота. Рабочая температура составляет от 150 до 205 градусов Цельсия. Они отличаются высокой устойчивостью к углекислому газу, однако имеют ряд недостатков, таких как высокая коррозионная активность, попадание воды и разбавление электролита, большие габариты и масса.

Топливные элементы для Honda FCX Concept 2006

(фото: пресс-материалы / Honda)

В концепте Honda FCX используются элементы с электролитической мембраной PEM (протонообменная мембрана). В стандартной ячейке PEM электролит представляет собой полимерную мембрану, покрытую тефлоном. Рабочая температура от 160 до 195 градусов Цельсия, но благодаря использованию Хондой ароматических соединений удалось уменьшить диапазон температур, и в модели FCX Concept он составляет от -20 до 95 градусов Цельсия.

Преимуществами являются, конечно же, быстрый запуск, отсутствие коррозии, вызванной электролитом, высокий КПД, компактная конструкция и прочные материалы, используемые для изготовления диафрагмы. К сожалению, процесс его производства очень дорог, в т.ч.в необходимостью использования платины.

Система водородного привода для Honda FCX Concept 2006

(фото: пресс-материалы / Honda)

Водородные топливные элементы, безусловно, станут преемником традиционного двигателя внутреннего сгорания. Электромобили — это только переходное поколение. Со временем это в конечном итоге снизит стоимость производства топливных элементов до такой степени, что автомобилей на водороде станут доступными на каждые , и тогда они быстро заменят традиционные двигатели внутреннего сгорания.Когда это произойдет? Надеюсь, не при жизни.

.

Водородный двигатель: как это работает и почему он такой экологичный?

Водородный двигатель: как он работает? Все больше говорят о водородных автомобилях. Но для чего именно им нужен этот водород?

Водородный двигатель: откуда взялась эта идея?

Трудно представить жизнь 21 века без автомобиля. Тем не менее экология требует от нас, чтобы автомобили наносили как можно меньший вред окружающей среде. Идеал? Электромобиль – не выбрасывает в атмосферу никаких загрязняющих веществ.Однако с электрикой есть серьезная проблема, и она касается зарядки. Как этого избежать? Одна из идей — водородный двигатель.

Водородный двигатель: как он работает?

Автомобили на водороде работают так, что оснащены ячейками. Внутри водород и кислород объединены. Результатом этого процесса является электричество и кристально чистая дистиллированная вода. Затем энергия сохраняется в небольшой батарее, от которой она используется для питания двигателя.

Водородный двигатель

: модель

также практична

Водородный двигатель безопасен для окружающей среды и практичен. Единственным эффектом привода является вода. С другой стороны, водородный элемент не требует подзарядки аккумулятора. Он несет на борту силовую установку. Водород, которым он питается, заправляется на станции, как бензин. Заправка бака буквально занимает 3 минуты. При этом этого количества топлива хватает в среднем на 400 - 500 км.

Если вы хотите узнать больше, загляните »

Код водителя.Изменения в 2022 году. Мандаты. Штрафные очки. Дорожные знаки

.

Toyota разработала двигатель внутреннего сгорания на водороде. Он лучше бензинового?

Toyota Mirai второго поколения представляет собой почти 5-метровый лимузин в стиле купе.С использованием топливных элементов, представляет собой вращающуюся электронную фабрику. Электричество, питающее электродвигатель автомобиля, вырабатывается в результате реакции водорода с кислородом. И вот инженеры японской марки решили сохранить двигатели внутреннего сгорания...

Водородный двигатель внутреннего сгорания

Новая идея специалистов Тойоты - сжигание водорода двигателем с искровым зажиганием - для нужд этого решения была модифицирована система питания и впрыска (по сравнению с применяемыми в бензиновых агрегатах).Топливо хранится в сжатом виде. По словам японцев, у нового 1,6-литрового турбомотора нет ничего, кроме плюсов. Он не отравляет окружающую среду углекислым газом - причем в следовых количествах при сжигании моторного масла (что также имеет место в бензиновых двигателях). Работает тише, без вибраций и к тому же имеет отличный отклик на педаль газа. Теперь новый водородный агрегат 1.6, установленный под капотом Corolla Sport , будет опробован в гонках серии Super Taikyu.Японцы не исключают, что если двигатель хорошо покажет себя в таких сложных условиях, то он может пойти в серийное производство и на обычные автомобили.

Toyota разработала водородный двигатель вместо бензинового / Тойота

Тойота Мирай.Топливные элементы. Электричество

Новый Toyota Mirai Только название относится к первому воплощению «водородного автомобиля».Автомобиль построен на заднеприводной платформе GA-L (из семейства TNGA), которую японский концерн использует в своих моделях Lexus. Использование этой архитектуры — помимо большей вместительности салона по сравнению с предшественником — освободило место для третьего водородного бака.

Теперь танки расположены буквой Т.Самый длинный крепится под полом (посередине платформы), два меньших поперечно под задними сиденьями и багажным отделением. Всего они могут содержать 5,6 кг водорода (142,2 л), что на один килограмм больше, чем в первой модели. Сами баллоны с водородом имеют более прочную, многослойную конструкцию — они очень легкие и устойчивы к промахам. Водород составляет 6 процентов. общий вес топлива и баков. Архитектура TNGA также позволила переместить узел топливных элементов из его текущего положения под полом кабины в переднюю часть автомобиля под капот.Над задней осью спрятаны более компактная тяговая батарея и электродвигатель. Плюсы такой комплектации — пониженный центр тяжести и идеальная развесовка (Mirai II весит около 1,9 т) между передней и задней частью в соотношении 50:50 — оба эти фактора имеют первостепенное значение для характеристик управляемости. По мнению японцев, водородный Mirai обеспечивает устойчивость на уровне двигателя внутреннего сгорания с передним расположением двигателя.

Тойота Мирай 2.Благодаря использованию топливных элементов автомобиль представляет собой приводную силовую установку. Он не только не выбрасывает выхлопные газы (из выхлопных газов выделяется водяной пар), но и очищает воздух во время движения. / Dziennik.pl

Водородные топливные элементы

Водородные топливные элементы

содержат полимер в твердом состоянии, как и в предыдущей модели.Однако набор меньше и использует меньше ячеек (330 вместо 370). Тем не менее, максимальная мощность подскочила со 114 кВт до 128 кВт. Такой трюк стал возможен благодаря более высокой удельной мощности, которая увеличилась с 3,1 кВт/л до 5,4 кВт/л (за исключением концевых ячеек). Инженеры Toyota также улучшили устойчивость привода к низким температурам воздуха. Теперь автомобиль должен быстрее набирать полную мощность даже при -30 градусах Цельсия. Спектакль? Синхронный двигатель с постоянными магнитами развивает мощность 182 л.с. и 300 Нм. Такой потенциал должен заставить автомобиль разгоняться с нуля до 100 км/ч за 9,2 секунды.Максимальная скорость ограничивалась 175 км/ч.

Mirai II получил литий-ионный аккумулятор высокого напряжения для замены никель-металлгидридного аккумулятора.Новая батарея меньше по размеру, более энергоэффективна и эффективна. Он содержит 84 ячейки, а его номинальное напряжение увеличилось с 244,8 В до 310,8 В, а емкость составляет 4 Ач (емкость аккумулятора в Mirai первого поколения составляет 6,5 Ач). Вес аккумулятора снижен с 46,9 до 44,6 кг. Мощность увеличена с 25,5 кВт х 10 секунд до 31,5 кВт х 10 секунд Меньшие размеры аккумулятора позволяют перемещать его за спинку заднего сиденья, где он не ограничивает пространство в салоне или багажнике. Все изменения и новые решения заключаются в увеличении дальности полета Mirai второго поколения примерно на 30 процентов.по сравнению со старой ипостасью которая проехала около 500 км. Toyota сообщает, что новый водородный лимузин проедет около 650 км после одного посещения водородной заправочной станции. На 100 км требуется примерно 0,84 кг водорода (средний расход WLTP).

Электромобиль, который живет за счет топливных элементов вместо большой батареи / Тойота

Нет станции заправки водородом?

Напоминаем, что строительство станции заправки водородом в Польше осуществляет компания, принадлежащая Зигмунту Солорзу.Вначале бизнесмен планирует построить две водородные заправки – первая заработает к середине года в районе Конина, где также планирует принадлежащий ему энергетический концерн ZE PAK (Zespół Elektrowni Pątnów Adamów Konin). создать мощную фотоэлектрическую электростанцию. Вторая водородная станция начнет работать в Варшаве с сентября 2021 года.

Mirai II Generation не только не выбрасывает выхлопные газы - из выхлопных газов выделяется водяной пар - но очищает воздух во время движения.Новая модель оснащена каталитическим фильтром, встроенным в воздухозаборники, подаваемые на топливные элементы. Нетканый фильтр улавливает микроскопические загрязняющие частицы, в том числе диоксид серы, оксиды азота и твердые частицы PM 2,5. Этот раствор удаляет от 90 до 100 процентов. примеси диаметром от 0 до 2,5 мкм из воздуха, проходящего через систему топливных элементов. Рётаро Симидзу, главный инженер Mirai нового поколения, показал экземпляр, набравший уже 728 000 пробега.лира воздуха. Как он пояснил, это эквивалент воздуха, которым в течение года могут дышать 40 человек.

Экологичный лимузин в стиле купе скрывает топливные элементы.А двигатель работает от электричества. За один визит на водородную заправку можно проехать около 650 км. / Dziennik.pl

Toyota Mirai в Польше предлагается в двух комплектациях.Версия Prestige стандартно поставляется с системой очистки воздуха, двухзонным автоматическим кондиционером, смарт-ключом, би-светодиодными фарами, светодиодными дневными ходовыми огнями и 19-дюймовыми легкосплавными дисками с шинами 235/55 R19.

В салоне — подогрев передних сидений, тканевая обивка, а также мультимедийная система с цветным сенсорным экраном диагональю 12,3 дюйма, аудиосистема Premium Audio JBL с 14 динамиками, интерфейсом Android Auto и Apple CarPlay.Сенсорный экран также используется для управления спутниковой навигацией на польском языке с 3-летним обновлением карты.

Toyota Mirai в версии Prestige стоит 299 900 злотых.

Тойота Мирай Исполнительный

Toyota Mirai Executive — этот вариант включает в себя панорамный монитор с системой камер кругового обзора (Panoramic View Monitor), зарядное устройство для беспроводного телефона в центральной консоли, обивку из искусственной кожи, подогрев руля и крайних сидений во втором ряду, а также система контроля слепых зон в зеркалах (BSM), система обнаружения препятствий (ICS), система предотвращения столкновений, система предупреждения о перекрестном движении сзади (RCTA) и адаптивная система дальнего света (AHS).

Toyota Mirai Executive стоит от 314 900 злотых.

Версия Executive может быть дополнена пакетом VIP Black или VIP White (35 тыс.злотый). Оба комплекта включают в себя: 20-дюймовые легкосплавные диски с шинами 245/45 R20, трехзонный автоматический кондиционер, полуанилиновую обивку из натуральной кожи, вентиляцию передних сидений и память водительского сиденья и рулевой колонки. Кроме того, имеется проекционный дисплей HUD на лобовом стекле, цифровое зеркало заднего вида с цветным дисплеем, панорамный люк с электрошторкой и интеллектуальная система автоматической парковки S-IPA. Задние пассажиры могут пользоваться центральной консолью и панелью управления мультимедиа в подлокотнике второго ряда сидений.

Версия VIP White отличается от версии VIP Black внутренними цветами.Сиденья обтянуты белой полуанилиновой кожей. На приборной панели появляется белая отделка со вставками медного цвета. Передние и задние двери также имеют медную отделку, а подлокотники в дверях и между сиденьями — бронзовые.

В Toyota Mirai с топливными элементами требуется менее килограмма водорода, чтобы проехать 100 км. / Тойота

У Мазды другая идея

Стоит напомнить, что в прошлом, напр.в Mazda подошла к водороду совершенно иначе, чем конкуренты, которые используют топливные элементы для выработки электроэнергии для привода двигателей.

Инженеры Хиросимы использовали двигатель Ванкеля для создания RX-8 Hydrogen RE, который мог работать как на водороде, так и на бензине.Система позволяла водителю переключаться с водорода на газ, если поблизости не было водородных заправок. Также была создана водородная Mazda Premacy Hydrogen RE — минивэн, оснащенный электрическим и роторным двигателем на двух видах топлива. Сегодня все чаще говорят о возвращении двигателя Ванкеля. Недавно компания разработала прототип Mazda 2 EV с небольшим агрегатом с одним вращающимся поршнем для расширения диапазона электропривода. Аналогичное решение можно использовать в одном из аккумуляторных вариантов Mazda MX-30.Двигатель также будет работать на альтернативном топливе, которым, несомненно, является водород.

Mazda RX-8 Hydrogen RE и Premacy Hydrogen RE Hybrid / Мазда .

Водородный привод в Toyota Mirai - как он работает?

Toyota Mirai второго поколения, работающая на топливных элементах, дебютировала на польском рынке в прошлом году. Узнайте, как он устроен и как работает водородный электропривод в новой Toyota Mirai.

Второе поколение Toyota Mirai увидело свет осенью 2019 года, а в марте прошлого года официально дебютировало в Польше. Описываемая модель создана на модифицированной платформе GA-L, и более 80% компонентов, используемых в ее приводной системе, происходят от других моделей концерна, таких какэлектродвигатель, взятый непосредственно от Lexus UX 300e.

НАШ МАГАЗИН

Упомянутый выше электропривод выдает 182 л.с. и 300 Нм , а энергия, необходимая для его питания, вырабатывается в топливных элементах, где в результате реакции водорода с кислородом высвобождаются электроны для создания электричества. Благодаря использованию 3 водородных баков , новая Toyota Mirai на одной заправке может проехать около 650 км , а в оптимальных условиях - даже свыше 1000 км.

В последнем материале, опубликованном на канале Toyota News PL , Роберт Муларчик (представитель Toyota Motor Poland) и Марчин Дзелак (инженер Toyota Central Service) рассматривают конструкцию водородного привода Mirai.Мы рекомендуем вам посмотреть:

Проверьте польский прайс-лист новой Toyota Mirai:

Toyota Mirai - описание версии и прайс-лист

.

Заправка водородом - как работает станция заправки водородом?

Предшественником в производстве автомобилей этого типа однозначно является Toyota Mirai. Несмотря на многочисленные сомнения специалистов, машина оказалась вполне удачной. Это приводит к более быстрому внедрению современных технологий в действующую автомобильную промышленность. Заранее узнайте, как работают водородные автомобили и как заправляться водородом. Принцип заправки бака в этом случае немного отличается от обычной заправки.

Водород в автомобилях - что это такое?

Хотите узнать, как работает водородный двигатель? Водородный двигатель чаще всего сочетается с эффективной гибридной системой. Toyota Mirai — хороший пример. Автомобили этого типа представляют собой кооперацию электродвигателя с водородными топливными элементами. Принцип работы водородных двигателей прост, а пополнить бак можно на выбранной станции. Водород из бака поступает в топливные элементы, где происходит реакция синтеза ионов. В результате реакции образуется вода, а поток электронов производит электричество.

Заправка водородом – как производится газообразный водород?

Метод паровой конверсии природного газа используется для производства водорода. Компании, занимающиеся производством водородного топлива, также решают использовать электролиз воды. Процесс производства газообразного водорода занимает довольно много времени. Тем не менее, этот вид топлива обладает высокой энергоемкостью.

Как работает водородная заправочная станция?

Заправка автомобиля водородом требует определенного опыта.Помните, что заправка водородного бака проста и безопасна. В современных автомобилях вы можете заправиться топливом менее чем за 5 минут. Первая станция в Польше была открыта в Варшаве. Инфраструктура дистрибьютора аналогична инфраструктуре газовых заправок. Газ под давлением 700 бар поступает в топливный бак автомобиля. В настоящее время водородные автомобили могут вмещать до 5 кг водорода. Когда дело доходит до пополнения этой ссылки, не бойтесь. Когда вы покупаете водородный автомобиль, вы можете легко заправить его самостоятельно на станции.Для заполнения бака водородом не требуется никакой специальной подготовки. Вы просто подъезжаете к станции и запускаете раздатчик.

Станции заправки водородом – будущее автомобильной промышленности?

Согласно статистике и прогнозам, Orlen получила финансирование в размере 2 млн евро на строительство такого типа инфраструктуры. К 2023 году автомобили с водородным двигателем как в Польше, так и в мире станут стандартом. В ближайшие годы концерн Orlen планирует построить в Польше более 50 водородных заправочных станций. Мобильная заправочная станция – инновация. Несмотря на некоторые проблемы, у водорода есть все шансы найти применение в автомобильной промышленности.

Если для вас важна экологичность, инвестируйте в водородный автомобиль. В течение десятка лет в Познани и многих других городах будут построены водородные заправочные станции. Но подумайте заранее. Современные водородные станции по всей Польше позволят в общей сложности заправить более 40 автобусов. Использование водорода в качестве движущей силы является целью программы CEF Transport Blending ЕС.

.

Водородный двигатель: принцип действия и устройства

Как известно, поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет как плюсы, так и ряд некоторых недостатков. Первая и главная глобальная проблема – это токсичные выхлопы, а также постоянная потребность в нефтяном топливе. Ситуация не сильно меняется после перевода автомобиля на газ, так как он тоже не решает всех задач.

С учетом этих функций постоянно разрабатываются альтернативные варианты. Сегодня настоящим конкурентом является электродвигатель.В то же время относительно небольшая отдача, дороговизна аккумуляторов и в целом, а также отсутствие развитой инфраструктуры по ремонту и обслуживанию таких машин естественным образом тормозят их популяризацию.

По этой причине автопроизводители постоянно работают над тем, чтобы получить «безвредный» для окружающей среды и относительно дешевый выпуск силового агрегата, который не будет нуждаться в дорогом топливе.

Среди таких двигателей следует выделить водородное орошение, которое могло бы заменить существующий дизельный или бензиновый двигатель, причем в обозримом будущем.Давайте посмотрим, как работает водородный двигатель, какую конструкцию имеет аналогичный двигатель и каковы его функции.

Читать

из этой статьи

История создания водородного двигателя

Начнем с идеи создания водородного двигателя, появившейся в 1806 году. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, получивший водород из воды методом электролиза. Как видите, водородный двигатель «родился» задолго до того, как возникло много вопросов об окружающей среде и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде предпринимались не для защиты окружающей среды, а для запрета использования водорода в качестве топлива. Через несколько десятилетий (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, успешно работавший на смеси воздуха и водорода.

Во время Великой Отечественной войны, когда возникли трудности с поставками нефти, техник СССР Борис Исаакович Шелищ, родом из Украины, заложил основы водородной энергетики России.Он же предложил использовать в качестве топлива для ОИ смесь водорода и воздуха, после чего его идеи быстро нашли практическое применение. В итоге двигателей на водороде было около полусотни.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Впоследствии о двигателе вспомнили только тогда, когда в 1970-х случился топливный кризис. В результате BMW в 1979 году построила автомобиль, в двигателе которого в качестве основного топлива использовался водород.Устройство работало относительно стабильно, взрывов и выбросов пара не было.

В этом направлении начали работать и другие автопроизводители, в результате чего к концу 20 века появилось не только множество прототипов, но и успешно отслужили образцы двигателей на водородном топливе (бензиновых и водородных дизелях).

Однако после окончания топливного кризиса работы по водороду ТТС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже из-за серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете стремительно истощаются и цены на нефтепродукты закономерно растут.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород вполне доступной альтернативой. Сегодня GM, BMW, Honda, Ford Corporation и т. д.

Работа водородного двигателя

: характеристики ICA

Hydrogen

Начнем с того, что ДВС на водороде по своей конструкции не отличается от обычного ОН. Все те же цилиндры и поршни, камера сгорания и сложный кривошипно-рычажный механизм для преобразования возвратного движения в работу.

Единственное, в баллонах они горят бензином, или газом, но смесью воздуха и водорода.Также необходимо учитывать тот факт, что способ подачи водородного топлива, создания смешения и воспламенения также несколько отличается от аналогичных процессов в традиционных аналогах.

Прежде всего, горение водорода по сравнению с нефтяным топливом отличается тем, что водород сгорает значительно быстрее. В обычном двигателе смесь бензина или дизельного топлива с воздухом заполняет камеру сгорания, когда поршень уже почти поднялся до НМТ (верхней мертвой точки), то на горючее идет горючее, а потом на поршень надеваются газы.

Для водорода реакция идет быстрее, что позволяет сместить наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Кроме того, после завершения реакции вместо токсичных выхлопных газов получается обычная вода. Как видите, на первый взгляд стандартный двигатель относительно легко настроить под водородное топливо, улучшив систему впуска, торможения и подачи, но это не так.

Первая проблема — получить необходимый водород.Как известно, водород входит в состав воды и является распространенным элементом, но в чистом виде практически не встречается. По этой причине для получения максимальной автономности транспортному средству необходимо отдельно размещать водородные установки, чтобы «расщеплять» воду, что позволяет двигателю питаться необходимым топливом.

Идея кажется привлекательной. Более того, можно даже обойтись без выхода наружу и создать замкнутую топливную систему. Другими словами, всякий раз, когда патронник сгорает от заряда, в цилиндре останется водяной пар.Если этот пар пропустить через охладитель, произойдет конденсация, т.е. повторно образуется вода, из которой можно повторно использовать водород.

Однако для этого на автомобиле должна быть установлена ​​система электролиза (электролизер), отделяющая водород от воды, чтобы затем добиться нужной реакции с кислородом в камере сгорания. На практике установка сложна и затратна, а создать такую ​​замкнутую систему достаточно сложно.

Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания, вне зависимости от вида топлива, все равно нуждается в защите нагруженных узлов и трущихся паров.Если только без моторного масла не надо. При этом масло частично попадает в камеру сгорания, а затем и в выхлоп. То есть полностью изолирует топливную систему в водороде (чтобы не использовать наружный воздух) для почти нереализованной задачи.

По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания напоминают газовые двигатели, т.е. пропановые с газогенераторами. Чтобы использовать водород вместо пропана, нужно всего лишь изменить настройки двигателя. Правда, водород немного восстановлен.Однако водорода требуется меньше, чтобы получить необходимую отдачу от двигателя. При этом установок для автономного производства водорода не предвидится.

Когда дело доходит до попытки встроить водород в обычный бензиновый или дизельный двигатель, риски и трудности возникают автоматически. Во-первых, высокие температуры и степень сжатия могут привести к тому, что водород вступит в реакцию с нагревательными элементами ДВС и моторным маслом.

Кроме того, даже небольшая утечка водорода может привести к попаданию топлива в нагретый выпускной коллектор, после чего может произойти взрыв или возгорание.Так что этого не произойдет, роторные двигатели, скорее всего, будут использовать его для работы на водороде. Этот тип двигателя больше подходит для этой задачи, так как в их конструкции заложено увеличенное расстояние между пищевым и выпускным коллекторами.

Так или иначе, даже с учетом всех сложностей, многие проблемы можно обойти не только на роторных, но даже на поршневых двигателях, что позволяет водород, который следует считать достаточно перспективной альтернативой бензину, газу или дизельному топливу.Например, экспериментальная версия BMW 750HL, представленная в 2000 году, имеет 12-цилиндровый водородный двигатель. Агрегат успешно работает на таких вещах и способен разогнать машину до скорости около 140 км/ч.

ПРАВДА, отдельных заводов по производству водорода из воды из автомобиля в автомобиль нет. Вместо него есть специальный бак, который просто заправляется водородом. Запас хода на полном баке водорода составляет примерно 300 км. После того, как водород закончился, двигатель автоматически начинает работать на бензине.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, что в водородных двигателях под этим понимаются агрегаты, работающие на водороде (внутренний водородный двигатель) и двигатели, использующие водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь остановимся на втором варианте.

Водородный топливный элемент на самом деле представляет собой "батарею". Другими словами, это водородная батарея с высоким КПД около 50%. В основе устройства лежат физико-химические процессы, в корпусе такого топливного элемента находятся специальные мембранопроводящие протоны.Эта диафрагма разделяет две камеры, одна из которых является анодом, а другая катодом.

Водород поступает в анодную камеру, а кислород попадает в катодную камеру. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (часто платиной). Это позволяет ему играть роль катализатора, воздействующего на молекулы водорода. В результате водород теряет электроны. При этом протоны проходят через мембрану к катоду, при этом на них влияет и катализатор. В результате протоны сливаются с вылетающими электронами.

Эта реакция создает воду, при этом электроны из камеры с анода попадают в электрическую цепь. Указанная цепь подключена к двигателю. Простыми словами, вырабатывается электричество, которое заставляет работать двигатель от такого водородного топливного элемента.

Эти водородные двигатели должны обеспечивать пробег не менее 200 км. На одну загрузку. Основным недостатком является высокая стоимость топливных элементов из-за использования платины, палладия и других дорогостоящих металлов. В результате конечная стоимость перевозки с таким двигателем значительно возрастает.

Водородный двигатель: путь вперед

Сегодня многие компании работают над созданием экологически чистых двигателей. Одни следят за созданием, другие строят завод по производству электромобилей и т. д. Что касается водорода, то с точки зрения экологии и эффективности этот вариант также может составить конкуренцию бензиновому, газовому или дизельному населению в ближайшем будущем.

Водородные двигатели показали чуть лучшие результаты, чем самые совершенные электроды. Например, японская Honda Clarity.Оставалось только отсутствие способов и вариантов заправки. Дело в том, что инфраструктура водородных станций особо не развита, причем в глобальном масштабе.

Тем более, что выбор водородных автомобилей не особо велик. Помимо яркости Honda можно отметить водород Mazda RX8, а также водород BMW 7. По сути, это гибриды, работающие на жидком водороде и бензине. Вы также можете добавить список ячеек Mercedes GLC F. Эта модель заряжается от бытовой электросети и позволяет пройти до 500 км.На одну загрузку.

Дополнительно стоит отметить модель Toyota Mirai. Машина работает только на водороде, один бак 600 км. Водородные двигатели до сих пор встречаются на отечественной модели «Нива», а также устанавливаются корейцами на спецверсию внедорожника Hyundai Tucson.

Как видите, многие производители активно экспериментируют с водородным двигателем, но минусов у этого решения все равно много. В то же время некоторые недостатки являются серьезным препятствием для массового продвижения.

В первую очередь это безопасность и сложность перевозки такого топлива.Важно понимать, что водород является высокотопливным и взрывоопасным даже при относительно низких температурах. По этой причине его трудно хранить и транспортировать. Получается, что для автомобилей с таким двигателем необходимо строить специальные водородные баки. В результате на практике очень мало водородных станций.

Также возможно добавление некоторой сложности и дороговизны ремонта и обслуживания водородной установки, а также необходимость подготовки и обучения большого количества высококвалифицированного персонала.Если речь идет об одинокой машине и ее эксплуатационных характеристиках, то наличие водородной установки утяжеляет машину, естественно ухудшается управляемость.

Подведем итоги

Как видите, сегодня водородные автомобили и двигатель на водной основе можно считать вполне жизнеспособной альтернативой не только обычному ДВС, работающему на мазуте, но и электромобилям.

Во-первых, такие установки менее токсичны и не требуют дорогостоящего топлива на нефтяной основе.Также автомобили с водородным двигателем имеют приемлемый подскок. В продаже есть гибридные модели, использующие как водород, так и бензин.

Что касается недостатков, то автомобиль с водородным двигателем сегодня имеет высокую стоимость, а также могут возникнуть проблемы с заправкой из-за недостаточного количества заправок. Не забывайте, что специалистов, способных качественно и профессионально обслуживать водородную электростанцию, найти непросто. В этом случае обслуживание будет довольно дорогим.

Напоследок отметим, что активное проектирование трубопроводов перекачки газа метана обещает возможность перекачки по этим же трубопроводам в будущем и водорода. Это означает, что по мере увеличения общего количества автомобилей с водородными двигателями высока и вероятность быстрого увеличения количества специализированных АЗС.

Читайте также.

Усовершенствование конструкции поршневого двигателя, отказ от CSM: перепуганный двигатель, а также двигатель без коленчатого вала.Особенности и перспективы.

Конструктивные особенности двигателей GDI с непосредственным впрыском от двигателей с распределенным впрыском топлива. Режимы работы, ошибки GDi.

.

Как работают автомобили с водородным двигателем?

Вам потребуется примерно 5 мин. прочитать эту запись

Действительно ли автомобили с водородным двигателем — будущее автомобильной промышленности? Давайте познакомимся с различиями между водородным и классическим приводом и проверим, насколько они экологичны.

Почему мы вообще должны думать об отказе от традиционных накопителей?

Сложная конструкция двигателей, работающих на традиционном топливе, делает автомобили безотказными и дорогими в эксплуатации.Сгорание топлива происходит с большими потерями энергии, они требуют интенсивной смазки и охлаждения. По оценкам, двигатели внутреннего сгорания используют только 33 процента своей энергии, выбрасывая в атмосферу огромное количество выхлопных газов.

По сравнению с традиционными моделями, работающими на топливе, конструкция водородного автомобильного двигателя проста и надежна. Время дозаправки автомобиля с водородным двигателем такое же короткое, а запас хода почти такой же, как у автомобиля с бензиновым или масляным двигателем. Крутящий момент доступен во всем диапазоне оборотов.

Откуда берется энергия водородного автомобиля?

Двигатели водородных автомобилей, как и двигатели электромобилей, питаются от электричества. Ключевым отличием этих технологий является источник используемой энергии. В случае электропривода двигатель питается от ячеек. Автомобиль с водородным двигателем приводит в движение энергию, вырабатываемую во время движения. Итак, давайте объясним, как работает двигатель автомобиля, работающего на водородном топливе, и является ли эта технология действительно будущим автомобильной промышленности.

Производство энергии в автомобиле с водородным двигателем происходит в результате химической реакции связывания кислорода и водорода в топливных элементах. Одиночная ячейка состоит из двух электродов, разделенных полимерной мембраной: отрицательного электрода (анода) и положительного электрода (катода). Водород окисляется из резервуара к отрицательному электроду. В результате образуются положительные протоны и отрицательные электроны. С другой стороны, кислород, поступающий из воздуха, достигает положительного электрода и вступает в реакцию с электронами, превращаясь в отрицательные ионы оксида.

Полимерная мембрана пропускает только положительные протоны, которые соединяются с анионами кислорода, образуя воду. В это время электроны перемещаются по внешней электрической цепи, генерируя электрический ток, питающий двигатель. Происходит простая химическая реакция кислорода с водой для получения электричества. Побочным продуктом этой реакции является вода, выделяющаяся в виде водяного пара.

Разработчики

Toyota Mirai использовали часть электроэнергии, вырабатываемой топливными элементами, для зарядки аккумуляторов в задней части автомобиля.Таким образом, накопленная энергия позволяет увеличить запас хода автомобиля и использовать ее в периоды повышенной потребности в мощности, например, при обгоне.

Безопасны ли автомобили с водородным двигателем?

Водород является горючим газом и при хранении под высоким давлением может быть опасен для путешественников. Утечка топлива или автомобильная авария могут привести к взрыву газа. Проведенные эксперименты показали, что эти опасения оказались необоснованными.

Взрыв заполненного водородом баллона шаром показал, что водород, намного легче воздуха, высвобождается из баллона быстро и без резких перепадов давления и взрыва. Испытание на поджог показало, что водород выгорает контролируемо, не занимая весь автомобиль, как в случае с топливом двигателя внутреннего сгорания. Риск взрыва оказался практически невозможным.

Водородная технология не лишена недостатков

Как и у любого технологического решения, у водородной силовой установки есть и свои недостатки. Для получения чистого водорода экологически безопасным способом требуется большое количество энергии для его производства. Наиболее эффективный процесс производства водорода из общедоступных химикатов (паровой риформинг) имеет отрицательный энергетический баланс. Количество энергии, необходимое для производства водорода, больше, чем количество энергии, получаемой из полученного водорода, и в атмосферу выбрасывается значительное количество монооксида углерода.

Лучшая эффективность и меньшая излучательная способность при получении водорода могут быть получены с помощью электролиза, при котором вода расщепляется на кислород и водород с помощью электричества.В этом случае отрицательный энергетический баланс составляет 20 процентов, поэтому мы достигаем эффективности в 80 процентов в глобальном учете энергии. Таким образом, нам нужно потреблять на 20 процентов больше энергии, чем мы получаем от комбинации водорода и кислорода в топливных элементах.

Чрезвычайно низкая плотность водорода требует сжатия газа и увеличения его плотности для дальнейшего хранения. Этот процесс тратит впустую еще 13 процентов энергии по сравнению с тем, что мы восстановим позже.Другой способ повышения плотности водорода для его дальнейшего хранения — конденсация газа до состояния воды. Согласно расчетам, процесс охлаждения водорода до -253 градусов по Цельсию и его хранения при такой низкой температуре сопряжен с потерей 40 процентов энергии.

Транспортировка водорода с газодобывающих станций представляет собой логистическую проблему, которая порождает еще 10 процентов затрат на энергию. Суммарные отрицательные энергозатраты на добычу, хранение и транспортировку газа составляют 43 процента.Для сравнения; в случае автомобилей с традиционным электроприводом потери энергии составляют всего 6 процентов.

Как видите, эта технология далека от революции, которая изменит лицо автомобильной промышленности. Возможно, через несколько лет производители, претендующие на широкое использование технологии водородного топлива, повысят его эффективность.

Главное фото статьи: Дизайн Freepik

Теги: водородный автомобиль, тойота мирай .

---

Смотрите также

• 
  Типы подвесок автомобиля
• 
  Зубчатая передача достоинства и недостатки
• 
  Какой расход масла при изношенных маслосъемных колпачках
• 
  Сигналы регулировка
• 
  Получить электронный полис осаго
• 
  Перспективы электромобилей
• 
  Что такое офлайн режим
• 
  Могут ли велосипедисты ездить по тротуарам
• 
  Знаки приоритета дорожного движения
• 
  Как сделать развал схождение
• 
  Как проверить наличие осаго по номеру автомобиля