Водородный двигатель для автомобиля своими руками: Двигатель работает на водороде своими руками

Содержание

Водородный двигатель – будущее наших автомобилей

Проблема топливных ресурсов – одна из актуальнейших на сегодняшний день, а с течением времени она будет только усугубляться. Нефтепродукты, среди которых бензин – один из самых потребляемых, не только дорожают с завидной регулярностью, но и в недалёком будущем обещают стать товаром весьма дефицитным. Потому уже сейчас понятно: будущее – за альтернативными видами топлива. Водородный двигатель – вот то самое ноу-хау, которое обещает решить многие проблемы автомобилистов. И самое приятное то, что сделать подобный агрегат, вырабатывающий энергию для машины из воды, можно самостоятельно, как говорится, собственными силами!

Кстати, двигатель «от воды», как и многие чудеса научно-технического прогресса, пришёл к нам с Запада. «Газ Брауна», а именно так называют автомобильный водород, добывают в процессе электролиза. В Америке уже много лет существуют и продаются довольно элементарные установки, позволяющие водителю сэкономить чуть ли не 50 процентов топлива. А люди, разбирающиеся в технике и не забывшие школьный курс физики и химии, собирают водородный генератор своими руками.

От теории к практике

Пробная водородная установка может выглядеть следующим образом. Под капот автомобиля устанавливается небольшая ёмкость с водой – контейнер или сосуд. Эта ёмкость играет роль водородных топливных ячеек. Вода обычная, из крана. В неё насыпается чайная ложечка катализатора, сода, затем погружаются пластины из нержавейки – 2-3 штуки. Проводами пластины соединены с аккумулятором. Когда включается зажигание, начинается процесс химической реакции, и водородный двигатель вырабатывает соответствующий газ. А шланг с водородом монтируется в воздуховод следом за фильтром.

Как и в любом агрегате, в нашем двигателе важно всё установить правильно и в нужной последовательности. Когда установка завершена, из воды путём электролиза добываются кислород и водород. Происходит реакция расщепления молекул воды на водородные и кислородные атомы. Смесь газов по впускному коллектору втягивается в топливный бак машины, там смешивается с бензином и далее сгорает как обычное топливо.

Какую выгоду приносит водородный двигатель, если бензин всё равно нужен, спросите вы? Большую, даже если пока ваше авто ещё не работает на чистом водороде. Обогащение бензина кислородом и водородом способствует более полной выработке горючего, что в разы повышает производительность работы двигателя. Это значит, что если раньше на 100 км, к примеру, вы расходовали 5 литров бензина, то теперь их хватит на 130-150 километров! Неплохо, да?

И ещё о плюсах

Когда-то люди мечтали делать деньги из воздуха, т.е. из «ничего». Водородный двигатель позволяет из другого «ничего» – из воды – получать топливо. Преимущества водородного топлива таковы:

  • высокая экологичность продукта. Отработанные газы практически безвредны и не представляют угрозы окружающей среде в отличие от выхлопных продуктов горения бензина или соляры;
  • теплота сгорания водорода значительная даже по сравнению с бензином – двадцать восемь тысяч шестьсот двадцать килокалорий на килограмм;
  • смесь водорода и кислорода обладает высокой воспламеняемой способностью при широком температурном режиме. Поэтому, независимо от того, атмосферный воздух горяч или холоден, автомобиль одинаково хорошо движется;
  • работая на водородном топливе, машина практически не детонирует, сохраняя мягкий, плавный ход даже при сжатии в пределах 14,0;
  • водородное топливо хорошо воспламеняется при разных пропорциях смешивания с воздухом. Поэтому можно регулировать качество образующейся в двигателе воздушно-газовой смеси, изменяя количество подаваемых смешанных газов (водород и кислород). Если использовать водород (Н2), можно, по большей части, не дросселировать воздушный поток при впуске, благодаря чему повышается температурный коэффициент полезного действия у двигателя машины в режиме частичной нагрузки.

Дальнейшие задачи и перспективы

На сегодняшний день практически все автомобильные концерны – BMW, Honda, Opel, Ford и другие – заняты разработкой водородных двигателей разной модификации с перспективой внедрения их в серийное производство и постепенный переход от бензиновых на газовые виды топлива. Задачи конструкторно-технического характера следующие:

  • если брать за основу бензиновый двигатель, то в нём необходимо увеличить рабочий объём цилиндров;
  • в двигателе должна обеспечиваться необходимая для водорода степень сжатия;
  • водородовоздушная смесь воспламеняется очень быстро, поэтому необходимо разработать систему предотвращения преждевременности этого процесса, особенно учитывая возможность обратных вспышек или детонации;
  • предотвращение образования окисей азота в отработанных газах, когда атмосферный воздух используется как окислитель.

Эти и другие задачи находятся в стадии интенсивного решения, и в недалёком будущем большинство авто будет бегать на водородных двигателях не только самодельных, но и заводских.

Водородный транспорт — хорошая идея только в теории / Хабр

Я очень хочу потыкать острой палкой в идею об электрических автомобилях на водородных топливных элементах (ТЭ). Некоторые люди совершенно очарованы этой идеей. Как можно не очароваться? На вход подается водород, абсолютно «чистое» топливо, а на выходе получается только вода или пар, и никакого углекислого газа, оксидов азота, сажи, и т. д. Водородный двигатель — тихий и компактный. Это не тепловой двигатель, и поэтому на него не распространяются жесткие ограничения цикла Карно. Заправка очень быстрая и не сильно сложнее чем обычная бензиновая заправка.

Кроме того, если вы — нефтяная компания, и спрос на бензин и дизель начнет уменьшаться, вы только что обнаружили новое топливо, которое можно продавать! Вы спасены!

Если вы живете в частном доме и хотите потреблять меньше энергии, вы думаете что можете делать водород из воды используя электричество от солнечных панелей на крыше, убивая сразу двух зайцев: вы получаете топливо для вашей машины и запасаете излишки энергии от солнечной генерации, с помощью единственной магической технологии. Звучит потрясающе!

К сожалению, дьявол кроется в деталях, и он не то чтобы сильно прячется, если вы будете смотреть внимательно.

В моей предыдущей статье я обсуждал эффективность в энергетических циклах двигателей внутреннего сгорания и электрических автомобилей. Я буду ссылаться на результаты из этой статьи когда буду делать предположения об электрических автомобилях на топливных элементах (fuel cell electric vehicle, FCEV). Я буду делать аналогичные допущения и использовать похожие источники.

Дисклеймер: я упомянут в нескольких патентах компании Texaco о получении водорода из природного газа для подачи на протонообменную мембрану (ПОМ, ПЭМ) топливных элементов (теперь патенты принадлежат Chevron, которая поглотила Texaco). Я занимался водородом еще с институтских времен, и примерно каждый второй проект на протяжении десятилетий, которые я провел в компании Zeton, включал в себя водород или синтез-газ.

Однако, еще раз хочу четко сказать: водород это прекрасная идея — в теории. Но большая проблема с водородом заключается… в самой молекуле водорода. Никакие изобретения или технологии не решат эту проблему.

Давайте разбирать цепочку эффективности электрического транспорта на водородных топливных элементах этап за этапом, также как мы делали с двигателем внутреннего сгорания и электрическими машинами на аккумуляторах (battery electric vehicle, BEV).

Производство водорода

КПД самого производства водорода — примерно 70%, в лучшем случае, к сожалению. Я недавно [статья 2017 года — прим. перев.] разговаривал с Hydrogenics, большим производителем щелочных и ПЭМ-электролизеров. Эффективность их более дешевых щелочных электролизеров — примерно 60%, а эффективность ПЭМ-электролизеров — 70%, когда он работает на минимальном токе. (Вы можете делать гораздо больше водорода на этом же приборе просто увеличив ток, но жертвуя эффективностью.) Это достаточно близко к теоретическому пределу эффективности электролиза — ~83%, которая получается, если поделить низшую теплоту сгорания (HTC) получаемого водорода на энергию затрачиваемую на электролиз. Мы не вернем эту потерю в топливном элементе потому что мы не используем теплоту конденсации водяного пара.

Большинство производителей электролизеров указывают КПД в расчете на высшую теплоту сгорания (ВТС), то есть включая теплоту конденсации пара. В этом случае 70% (НТС) КПД электролизеров превращаются в примерно 83% (ВТС).

Проблема электролиза в том, что часть энергии очевидно идет на создание молекул кислорода. Это может быть полезно в больших системах, которые могут собирать и сжимать чистый кислород (который затем можно продавать), либо если водород используется не как топливо, а как сырье в технологическом процессе, и этот процесс также использует кислород. К сожалению, водородная заправка не будет использовать кислород, она будет просто выпускать его в воздух.

Поэтому давайте остановимся на 70% (НТС) КПД конвертации электричества в водород, предположительно, электричества от возобновляемых источников (ВИЭ). Если совсем строго, мы еще должны учесть 6% потерь в электросети от источника электричества до электролизера.

70% КПД электролиза почти совпадает с наивысшей доступной на данный момент эффективностью технологии получения водорода из природного газа, парового риформинга (паровой конверсии) метана (steam methane reforming, SMR). Большие установки повышают эффективность, утилизируя теплоту продуктов процесса и сжигая побочные газы после очистки водорода.

Максимально чистый водород нужен, чтобы увеличить эффективность и долговечность топливных элементов. Они очень чувствительны к угарному газу, который уменьшает эффективность платинового катализатора в топливном элементе (то есть, является каталитическим ядом). К сожалению, невозможно конвертировать углеводороды в водород, не получив на выходе также какое-то количество угарного газа. Более того, сам катализатор может преобразовать углекислый газ в угарный газ, поэтому водородное топливо должно быть полностью очищено от обоих газов. Даже инертные газы, такие как аргон и азот, уменьшают эффективность ПЭМ-топливного элемента, потому что надо позаботиться об их выводе на аноде. Поэтому реальные топливные элементы требуют очень чистый водород: посмотрите на спецификации ПЭМ-топливных элементов производства Ballard, Plug Power, и других.

К сожалению, эффективность паровой конверсии метана стремительно падает с уменьшением установки. Тепловые потери увеличиваются, что имеет особенно большое значение в таком высокотемпературном процессе как паровая конверсия. Вы быстро обнаружите это когда попробуете спроектировать процесс для относительно небольшой водородной заправки.

Доставка природного газа по трубопроводам к установке по паровой конверсии в водород и последующая доставка водорода от централизованной установки к заправкам скорее всего будет стоить больше чем 6% от энергии конечного водорода, но давайте будем щедрыми и примем эти потери тоже за 6% чтобы делать меньше подсчетов (хотя, в конечном счете, это все равно будет неважно). Таким образом, вне зависимости от того, начинаем мы с электричества или с метана, мы приходим к 70%*94% ~= 66% КПД производства водорода, без существенных возможностей для улучшения потому что мы уже близки к термодинамическим пределам.

Стоит отметить что КПД электролиза горячего пара может казаться очень высоким (даже выше 100%), например, при использовании твердооксидного топливного элемента в реверсе. Естественно, при этом не учитывается работа по испарению воды и нагреву пара. Никто не использует электролиз пара если у него нет а) источника «бесплатного» пара и б) процесса в котором используется горячий водород или горячий кислород или желательно оба газа. Кроме того, как всякие высокотемпературные устройства, паровые электролизеры «не любят» работать с перерывами, поэтому вам также нужен стабильный круглосуточный источник электричества, а возобновляемые источники — не стабильные.

Хранение водорода

Теперь нам надо хранить водород, и загвоздка опять в самой молекуле. Хотя плотность энергии водорода на единицу массы очень большая, даже в форме криогенной жидкости (при температуре 24 выше абсолютного нуля) водород имеет плотность всего 71 кг/м3. Поэтому единственная практичная на данный момент форма хранения водорода для небольших машин — это газ высокого давления. Любые способы увеличения объемной плотности хранения водорода или уменьшения давления (например, гидриды металлов, абсорбенты, органические носители, и т. д.) или сильно увеличивают массу бака, или увеличивают потери водорода во время хранения, или требуют энергии для извлечения водорода. Я бы не рассчитывал на некий магический прорыв в этой области: у нас было тридцать лет на исследования с того момента, как водород стал всерьез рассматриваться как топливо.

Про опасность водорода хорошо известно, и в моей статье не будет картинки с дирижаблем «Гинденбург»! На самом деле, уже достаточно давно научились безопасно обращаться с водородом в промышленности если использовать разные меры предосторожности. Но я не хочу, чтобы мои соседи даже думали о производстве водорода под давлением 400 или 600 атмосфер с помощью своих домашних солнечных панелей. Это кажется мне кошмарной идеей по многим причинам.

Чтобы сжать водород с давления ~20 атмосфер на выходе с установки по паровой конверсии из метана или с примерно атмосферного давления (на выходе из некоторых электролизеров) до 400 атмосфер надо потратить энергию, обычно электричество. К сожалению, мы вынуждены рассеивать тепло от сжатия водорода на достаточно низкой температуре чтобы сберечь элементы компрессора, и поэтому это тепло трудно как-то использовать. Более того, давление в баке на заправке может снизиться с 400 атмосфер только до 395 во время заправки одной машины, поэтому вся работа по сжатию делается при самом высоком коэффициенте сжатия [я не понимаю, что тут сказано — прим. перев.]. Бак на заправке должен быть очень большим. В противном случае, требования заправляющего компрессора или ограничения по переносу тепла могут уменьшить скорость заправки (ведь мы помним, что скорость заправки — чуть ли не главная причина, по которой нам интересен водород в качестве топлива для транспорта!).

На большом масштабе, с гигантскими компрессорными агрегатами, можно хранить водород под большим давлением теряя не больше 10% от теплоты сгорания (НТС) хранимого водорода на работу компрессоров, что, на самом деле, удивительно хорошо, учитывая вышесказанное. (Заметим, что политропный КПД самих компрессоров — это лишь малая часть этих потерь. Мы смотрим на другую меру эффективности.) К сожалению, когда мы уменьшаем размер компрессоров, эффективность улетает вниз. Многоступенчатый диафрагменный компрессор для автомобиля может потреблять до половины энергии сжимаемого водорода или даже больше. При уменьшении масштаба также растут капитальные расходы в расчете на единицу энергии проходящей через установку на протяжении ее жизненного цикла. Прискорбно, что транспортировка водорода на большие расстояния нереалистична по той же причине, по которой его тяжело хранить — свойства молекулы. [Тут автор не развивает мысль почему транспортировка водорода на большие расстояния нереалистична, но в другой статье он пишет, что доставка водорода по трубопроводам требует в три раза больше энергии, чем доставка природного газа, на единицу переносимой энергии — прим. перев.] Все мечты о «водородной экономике» предполагают малые и распределенные системы производства водорода, так что мы не должны гонять водород с места на место, что оставляет нам только один реалистичный вариант: электролиз.

Таким образом, у нас остается 70% (производство) * 94% (потери в электросети или на работу трубопровода) * 90% (хранение под высоким давлением) = 59% КПД от исходной энергии до бака автомобиля. Для сравнения, для бензина этот показатель — 80%. Конечно, мы не будем использовать водород в неэффективном двигателе внутреннего сгорания как замену бензину, особенно если водород получен из углеводородов: мы бы лучше просто сжигали эти углеводороды в ДВС напрямую.

Если нас заботят выхлопы парниковых газов, производство водорода из метана точно не решает проблему [см. недавнюю статью «Насколько чист «голубой» водород?» на эту тему — прим. перев.]. Мы бы лучше просто ездили на Приусах. Электролиз с использованием электричества из возобновляемых источников — это единственный возможный вариант.

Топливный элемент с протонообменной мембраной

Печально, но мы все еще не закончили терять энергию — далее идут потери в топливном элементе. Хотя это и не тепловой двигатель, топливный элемент все равно имеет собственные термодинамические пределы. Топливные элементы достигают эффективности в 50–60%, и это недалеко от теоретического предела в 83% для идеального топливного элемента. 

Давайте будем щедрыми и возьмем 60% как КПД топливного элемента. Реальные ТЭ которые можно купить имеют эффективность около 50% — лучше, чем у небольшого двигателя, примерно так же, как у судовых двигателей или стационарных скоростных двигателей, или у газовых турбин.

Вся цепочка, от источника энергии до колес

Учитывая эффективность электрического инвертора и мотора (90%), общая эффективность «от электростанции до колес» — 94%*70%*90%*60%*90% = 32%. Напомню, что по показателю «от скважины до колес», Приус достиг эффективности 30% на бензине, то есть мы «сделали» Приус, и это без вредных выхлопов. И с быстрой заправкой. Ура! Ура?…

Мой самодельный электрический автомобиль, «E-Fire», имеет эффективность 76.5%… и тоже не дает никаких выхлопов. [Источник этой оценки неясен: если автор берет такие же потери в инверторе, моторе, и электросети, его батарея должна иметь КПД 90%. — прим. перев.] несмотря на очень маленькую батарею по нынешним стандартам, всего 18.5 кВч, этого хватает на мою дорогу до работы и обратно. Я уже проехал на этой машине 20 тыс. км. без парниковых выхлопов, и я никогда не ждал ее зарядки: я заряжаю ее один раз ночью, и один раз утром на работе. Эта машина не делает всего того, что делает машина с ДВС, не пытается, и не должна этого делать.

Капитальные затраты на водородный стек

Таким образом, электромобили на топливных элементах (FCEV) в лучшем случае примерно в 2.4 раза хуже чем лучшая доступная сейчас альтернативная технология, электромобили на аккумуляторах (BEV). Взамен мы получаем более быструю заправку и, возможно, немного большую дальность хода на одной заправке, и это все. Не слишком ли высока цена за немного большее удобство? Хотя, подождите, мы ведь даже не начали говорить о цене….

Водород это очень дорогое топливо, с любой точки зрения.

В 2.4 раза худшая эффективность транспорта на топливных элементах означает что мы должны установить в 2.4 раза больше генерирующих мощностей из возобновляемых источников. Сам по себе этот факт должен заставить сторонников водорода задуматься.

Мы также должны построить инфраструктуру по распределению водорода. Вы не будете заправляться водородом дома, это слишком огнеопасно. Это значит что кто-то должен заняться этой инфраструктурой как бизнесом, но никто не захочет это делать потому что на этом не получится заработать.

Наконец, давайте посмотрим на сам электромобиль на ТЭ. В нем, конечно, должен быть бак для водорода и топливные элементы. А также все остальные части обычных электромобилей, включая аккумулятор! Аккумулятор будет меньше, ближе по размеру к аккумуляторам в гибридах, но он все равно нужен чтобы было куда девать энергию от рекуперативного торможения, чтобы управлять потребностями в системе топливных элементов чтобы уменьшить ее стоимость. Батарея также нужна во время старта и выключения топливных элементов. Таким образом, электромобиль на ТЭ — это гибрид.

В дополнение ко всему вышесказанному, сами топливные элементы по-прежнему очень дороги. Хотя цены однозначно снизятся с началом массового использования и производства, также как сейчас снижаются цены на литий-ионные аккумуляторы, металлы платиновой группы (МПГ), такие как платина и палладий, используемые в катализаторах топливных элементов, не позволят ценам упасть слишком сильно. Уменьшите долю МПГ, и топливные элементы станут еще более чувствительными к примесям в водороде, и, я подозреваю, эффективность упадет. Замените МПГ на более дешевые металлы, такие как никель, и большая часть преимуществ топливных элементов пропадет: они должны будут работать при более высоких температурах, и т. д.

Toyota Mirai, электромобиль на топливных элементах

Означает ли это, что водород — это мертвая идея для персональных электромобилей? Одним словом, на мой взгляд, ДА. Я полностью согласен с Илоном Маском в этом вопросе. Разве что, уточнив, что мы говорим не о мире в котором электричество ничего не стоит, или его цена даже становится отрицательной потому что генерация из возобновляемых источников становится такой дешевой что не требует вообще никаких денежных вложений. Но я готов поспорить, что а) этого никогда не произойдет, б) даже если мы приблизимся к этой странной экономической ситуации, капитальные затраты и другие практические проблемы с электролизерами, компрессорами, резервуарами для хранения и топливными элементами все равно полностью убьют идею.

Сравнение двух реальных автомобилей которые можно купить (по крайней мере, в Калифорнии) показывает, что мои оценки оптимистичны в пользу водорода. Для автомобилей с аналогичными характеристиками и дальностью хода, водородный автомобиль потребляет в 3.2 раза больше энергии и стоит в 5.4 раза больше в расчете на проеханный километр:

Конечно, обе технологии будут улучшены в будущем, но расчеты выше по тексту задают пределы. Невозможно преодолеть законы термодинамики неким хитрым изобретением или принимая желаемое за действительное.

Означает ли все это, что топливные элементы вообще не нужны? Вовсе нет! Существуют устоявшиеся области в которых ПЭМ-топливные элементы имеют смысл, но это лишь те ситуации, где энергоэффективность гораздо менее важна, чем, например, быстрая заправка. Таким образом, Plug Power находит свою нишу на рынке складских вилочных погрузчиков, особенно на охлаждаемых складах.

Вилочный погрузчик на топливных элементах

То же самое относится к так называемым «power to gas» (P2G) схемам. Это совсем другая модель: они используют «избыточную» возобновляемую электроэнергию для производства водорода, который затем под низким давлением подмешивается в газовую сеть, где в конечном итоге используется для производства тепла, часто в устройствах, которые в конечном итоге рекуперируют тепло конденсации водяного пара (продукта горения водорода). Как средство хранения электроэнергии схемы P2G настолько смехотворно неэффективны, что о них даже не стоит говорить, но зато они требуют лишь небольших капитальных вложений и сокращают выбросы парниковых газов, когда водород вытесняет метан. Это не так уж и плохо, если только вы не сделаете вывод, что однажды мы ПОЛНОСТЬЮ заменим природный газ водородом… Это будет очень глупо.

Другие применения водорода на транспорте

На данный момент, в некоторых видах транспорта: самолеты, поезда, суда, аккумуляторы практически или совсем неприменимы. Главный вопрос в этих случаях стоит так: насколько мы заботимся о токсичных выбросах? Если они волнуют нас больше всего, водород — единственные решение. Но если мы больше думаем о парниковом эффекте, мы также можем использовать биотопливо как альтернативу водороду. [При сжигании биотоплива в воздух попадает углекислый газ, но этот углерод был извлечен из атмосферы самими растениями в течение предыдущего года, поэтому общий атмосферный баланс не нарушается — прим. перев.] Для самолетов биотопливо, скорее всего, — это единственное практическое решение до тех пор пока мы не изобретем что-то с гораздо большей плотностью энергии, чем литий-ионные аккумуляторы, возможно, перезаряжаемые металл-воздушные аккумуляторы. И хотя мы не сможем полностью заменить бензин и дизель на биотопливо, даже если полностью забудем об экономике (цифры по этому поводу см. на сайте www.withouthotair.com), если мы покроем 90% перевозок (в километрах, или тоннокилометрах) электричеством, мы можем производить достаточно биотоплива чтобы покрыть оставшиеся 10%, ПЛЮС все те другие виды транспорта, в которых в сейчас невозможно использовать аккумуляторы. Гораздо важнее избавиться от токсичных выхлопов в городах, чем на трассах, в море, или высоко над землей.

Очевидно, что использование водорода или электрохимии для уменьшения выбросов CO2 с целью получения жидких углеводородов значительно менее эффективно, чем сам водород [я не понимаю, что тут сказано — прим. перев.]. То же самое и с аммиаком, который кажется кому-то способом преодолеть некоторые недостатки водорода. Аммиак — ядовитый газ, и, опять же, производить его менее эффективно, чем водород. Мысль о заправке автомобилей аммиаком повергает меня в ужас, учитывая количество смертей, связанных с аммиаком в результате его использования в качестве хладагента и в сельском хозяйстве.

Так называемое «e-топливо» (e-fuel, power-to-liquid) — это, на самом деле, производная водородного топлива. Оно делается из углекислого газа, воды (продукт горения водорода), и электричества. При реверсе термодинамического процесса неизбежны потери. С учетом того, что потом мы используем это топливо в неэффективном ДВС, вся схема получается очень очень неэффективной.

Е-топливо — это способ использовать еще больше излишков энергии в тщетных попытках превратить водород в более эффективное (удобное) топливо. К сожалению, если мы не сможем производить достаточно биотоплива для того транспорта, в котором мы не можем использовать аккумуляторы, нам, возможно, придется сначала использовать топливные элементы, и только в самом крайнем случае — е-топливо. И мы будем горько плакать, глядя на его стоимость.

Настоящее будущее «зеленого» водорода

Сейчас более 96% водорода производится из ископаемого топлива либо целенаправленно (паровая или автотермальная конверсия метана), либо как побочный продукт при производстве нефти. Мы должны научиться производить водород очень эффективно из возобновляемого электричества, но не тратить его как автомобильное топливо, а использовать при производстве удобрений: аммиака и мочевины. Нам придется избавиться от гигантской инфраструктуры по производству и доставке углеводородов.

В продолжение темы, читайте мою статью: «Hydrogen from renewable energy — our future?» Или зеленый камуфляж?

Дисклеймер [от автора статьи, не переводчика]: все что я пишу в своих статьях — это мое личное мнение. Я пытаюсь всегда приводить ссылки на источники, когда могу. Скорее всего, в моих цифрах и рассуждениях есть ошибки. Я заранее извиняюсь за них. Если вы можете указать мне на них со ссылкой на хороший источник, я отвечу и исправлю текст. Мой работодатель, Zeton Inc., работает в совсем другой области, и не имеет ни интереса, ни даже позиции по поводу водорода. Мы проектируем и строим пилотные установки.

что это, как работает, схема, фото, безопасность,

Водородный автомобиль считается самым экологичным транспортом наряду с электрокарами. Заправка авто на водородном топливе занимает считанные минуты, а «горючего» хватит на 400 км и более. А баллон водорода после использования оставляет после себя полведра чистой воды.

Почему же автомобильные концерны неохотно переходят на этот альтернативный источник энергии? Вопрос в стоимости и производстве этого газа.

В автомобилях с водородным двигателем применяются специальные топливные ячейки. Называются такие авто FCEV, что расшифровывается как Fuel Cell Electric Vehicles — электрокары с топливным элементом вместе батареи. Самая известная модель – это Toyota Mirai. А вообще многие модели есть только в виде концепта, серийно пока выпускается немного экземпляров.

В статье расскажу что это такое — водородный автомобиль, принцип работы и устройство, что такое водородный двигатель, плюсы и минусы авто на водороде, список моделей, ждёт ли будущее эта технология. Обещаю, будет интересно!

Немного истории

Впервые двигатель внутреннего сгорания придумал Франсуа Исаак де Риваз в 1806 г. Этот изобретатель извлёк чистый водород при помощи такой технологии, как электролиз воды. Он изобрёл поршневой двигатель, который назвали в его честь — машина де Риваза. Через пару лет изобретатель сконструировал передвижное устройство с настоящим водородным двигателем. Таким образом, первый водородный автомобиль появился гораздо раньше, чем думают многие.

Риваз и его машина

А самые первые водородные топливные элементы создал в 1863 году английский учёный Вильям Гроув. При помощи опыта он выявил, что при разложении воды на кислород и водород высвобождается энергия. В дальнейшем он создал водородные ячейки, которые стали называть Fuel Cell. Их можно было объединить для получения необходимого количества энергии для автомобиля.

Во время блокады Ленинграда был высокий дефицит бензина, а вот водорода было немало. Техник Б. Шелищ предложил вместо стандартного топлива применять смесь воздуха и водорода для двигателей. Таким образом, в городе работало на водороде более 500 автомобилей ГАЗ-АА.

Первый водородный автомобиль на топливных ячейках создала компания General Motors в 1966, и назывался он GM Electrovan. Гораздо позже, в 1980-х годах, одновременно во многих развитых странах (Япония, США, Канада, Германия и СССР) запустили эксперимент по созданию автомобилей, которые использовали в качестве топлива водород, а также его смеси с бензином и природным газом.

Фото GM Electrovan

После этих экспериментов в 2000-х годах крупные автоконцерны стали разрабатывать коммерческие автомобили на водородном двигателе. Самым продвинутым и популярным автомобилем стал Toyota Mirai, в котором находится многоячеистый топливный генератор.

На данный момент создание автомобиля на водородном топливе – это дорогое удовольствие, поэтому многие производители ищут способы для снижения этих расходов.

А что значит водородное топливо на самом деле?

Что такое водородное топливо?

Водородное топливо поставляется на заправки в газообразном или жидком состоянии. Водород в этом виде уменьшается в объёме более чем в 800 раз. Примерное время одной заправки составляет не более 3-5 минут. Для сравнения – заправка бензином занимает примерно то же самое время.

На чём ездит водородный автомобиль? На водороде – экологически чистом источнике энергии.

Водород для топлива добывают следующими способами:

  1. Электролиз воды. Это выделение водорода из воды с помощью электричества. Такой метод применяется в тех регионах, где стоимость электроэнергии дешёвая, в том числе и в России. Чистота выхода водорода при помощи электролиза – около 100%! Но здесь присутствует повышенное загрязнение окружающей среды. Предсказывают, что когда-нибудь будут созданы множество солнечных и ветряных электростанций, которые будут производить топливо без отрицательного воздействия на окружающую среду.
  2. Паровая конверсия метана. Этот природный газ нагревают до температуры 1000 градусов по Цельсию и смешивают с катализатором. Этот метод будет работать до тех пор, пока метан не закончатся в недрах земли. Реформированный водород – самый популярный и дешёвый метод создания.
  3. Газификация биомассы. Это извлечение водорода в реакторе из отходов животных и сельского хозяйства, а также сточных вод. Сейчас существуют огромные территории с биомассой, потенциал которой не оценён и тратится впустую.

В чём преимущество этого альтернативного источника энергии?

  • Топливные элементы не выделяют вредных выбросов.
  • Огромный потенциал и возможные прибыли.
  • Моментальная заправка автомобилей (3 минуты).
  • Топливные ячейки на 80% эффективнее бензина, а также дёшево стоят.

Автомобиль на водороде не оставляет так называемого «углеродного следа», который загрязняет окружающую среду. Например, Toyota Mirai за 100 км пробега выделяет 5 л воды и больше ничего, никаких выбросов в атмосферу. Но, к сожалению, на Земле слишком не существует месторождений чистого водорода, а вот нефти и газа – хоть отбавляй. Зато водорода полным-полно в атмосфере, но в виде соединений, которые надо разрушить, чтобы извлечь желанный элемент. А для этого надо затратить немалую энергию, по сравнению с той, которую мы получим при прямом расходовании водорода.

Плюсы и минусы водородной установки для автомобиля

Расскажу про плюсы и минусы топлива, которым заправляют водородный автомобиль.

Недостатки водородного топлива:

  • Нет эффективного способа добычи газа, к тому же производство загрязняет окружающую среду.
  • Для создания сети водородных заправок требуются внушительные средства (около 2 млн. долл. на одну среднюю заправку). Поэтому очень сложно найти заправки, их практически нет.
  • Высокая стоимость автомобиля.
  • Передвигаться можно лишь в тех местах, где имеются заправки.
  • Стоимость заправки будет стоить столько же, как и бензин. В этом смысле электрокар гораздо выгоднее.
  • Водородный автомобиль тяжёлый из-за сложной конструкции: много топливных ячеек, аккумулятор, электропреобразователь, большие баллоны для водорода, где давление целых 700 атм. В электромобиле всё проще – требуется только место под большой АКБ.

Плюсы водородного топлива:

  • Нет вредных выбросов в атмосферу.
  • Водородные двигатели практически не шумят.
  • Быстрая заправка – менее 5 минут.
  • Есть большой потенциал для развития.
  • Водород даёт в 3 раза больше энергии, чем бензин.
  • Высокий крутящий момент при начале движения.
  • Водорода очень много на планете – 1% от массы Земли. При сгорании он просто превращается в воду, поэтому – это неиссякаемый источник энергии по сравнению с другим ископаемым топливом.
  • Водород безопаснее бензина, он воспламеняется в 15 раз меньше. Но если на водород попадёт искра, то он моментально воспламенится.
  • Хороший запас хода водородного авто – 400-1000 км.

Опасен ли водород для человека?

Водород очень летуч, а также это легковоспламеняющийся газ, который хранить и перевозить следует предельно аккуратно. Сгорает он тоже довольно быстро. Например, газ в дирижабле «Гинденбург» полностью сгорел за полминуты, поэтому погибло только треть пассажиров.

Когда на дорогах появится большое количество водородных автомобилей, то надо будет ввести новые меры безопасности. Ведь при пробитии бака с водородом и наличием искр рядом газ может загореться. Поэтому в водородных автомобилях баки делают очень прочные, которые даже могут выдержать выстрел из крупнокалиберного пистолета. Поэтому при соблюдении правил безопасности, авто на водороде не опаснее бензиновых и дизельных моделей.

Чем водородные авто лучше электромобилей?

Этот вопрос не совсем правильный, поскольку автомобили на водородных ячейках и электробатарее считаются электромобилями. Всё зависит от того, чем заправляют машину – водородом или электричеством.

Водород в автомобиле применяют в двух вариантах: сжигание топлива в цилиндрах или подзарядка топливных элементов.

Главное отличие водородных топливных ячеек от батарей в том, что они служат очень много лет и не нуждаются в обслуживании. А батарея в электромобиле выходит из строя уже через 5 лет.

Как выглядит батарея в электрокаре

На холоде водородное транспортное средство включится без проблем, а аккумулятор электрического авто может полностью потерять заряд. Стоимость электрокаров дешевле, чем водородного: Toyota Mirai стоит 57 тыс. долл., а Tesla – от 45 тыс. долл. Водородные машины заправляются за считанные минуты, а электрокары – пару часов.

Теперь перейдём к устройству и принципу работы водородного авто, как он обеспечивает работу двигателя?

Как работает водородный автомобиль

Расскажу про то, как устроен автомобиль на примере популярной модели Toyota Mirai.

Не так давно, в 2013 году Тойота представила миру первый в мире серийный водородный автомобиль Mirai, который сам вырабатывает для себя электричество. В нём находится электрический двигатель, который имеет мощность 154 л. с. В Mirai находятся 370 топливных элементов, постоянный ток которых преобразуется в переменный, а напряжение при этом повышается до 650 В. Максимальная скорость Toyota Mirai 175 км/ч. Дополнительный аккумулятор собирает лишнюю энергию, который может при необходимости обеспечить питание небольшого дома. Запас хода этого автомобиля 500 км, а по факту – примерно 350 км. Для сравнения — электрокар Tesla Model S может пройти на одном заряде целых 540 км, но, к сожалению, зарядка занимает целых 1,5 часа.

За несколько км пробега автомобиль Mirai вырабатывает стакан дистиллированной воды, которая вполне пригодна к употреблению (она с лёгким привкусом пластика).

А как работает топливный элемент, простыми словами? Автомобиль заправляется водородом. Он смешивается с платиновым катализатором и кислородом в электрохимической системе. В результате этой реакции вырабатывается электрический ток, который питает двигатель и аккумуляторную батарею. В результате реакции образуется вода или пар.

 

Топливные ячейки с протонообменными мембранами сразу же производят энергию, обеспечивают очень высокую мощность и мало нагреваются. Максимальный срок службы водородных ячеек 250 тыс. км пробега, которые при необходимости можно заменить.

А какое устройство и принцип работы водородного двигателя? Для работы применяют роторные ДВС, потому что стандартные поршневые двигатели быстро выходят из строя из-за влияния водорода на смазку и детали ДВС. Из-за высокой разницы между бензином и водородом перевести обычный двигатель непросто, особенно если это делать своими руками. Водород при горении вызывает перегрев клапанов, масла, поршней. Если нагрузку сделать очень высокую, то возникает детонация.

Решили эту задачу заменой чистого водорода на его смесь с бензином. Подача газа уменьшается при повышении крутящего момента, чтобы предотвратить перегрев деталей силового агрегата. Это применяется в таких моделях, как Mazda RX-8 Hydrogen RE и BMW Hydrogen 7, который был выпущен всего в 100 экземплярах. Здесь переключение между 2 типами топлива происходит автоматически. Но, несмотря на успешность эксперимента, всё равно имелись проблемы: сильно падала мощность авто, запаса водорода хватало всего на 200 км, а также из-за наличия бензина автомобиль не был признан экологически чистым.

Mazda RX-8 Hydrogen RE

Зачем в водородных автомобилях платина? Этот дорогой металл использовался в качестве катализатора, цена которого очень высока, что не может не отражаться на стоимости автомобиля. Хотя американские учёные уже создали катализатор на основе углеродных трубок, который стоит в 650 дешевле платины.

Таким образом, механизм работы водородного автомобиля похож на работу электромобилей. Всё дело только в источнике энергии.

Где заправляют водородные автомобили?

К сожалению, заправочных водородных станций в мире совсем мало. В 2018 г. их около 300, половина которых находится в Северной Америке, а другие – в Японии, Германии и Китае.

Кроме этого, существуют домашние и мобильные заправки. Они могут производить около тонны чистого водорода в год. Этого вполне хватит для заправки нескольких автомобилей в день. Топливо производится при помощи гидролиза воды, установку запускают только ночью, чтобы не нагружать электрическую сеть.

Автозаправки бывают 3 типов:

  1. Малые. Они производят около 20 кг водорода в 24 часа. Хватит для полной заправки 5 легковых автомобилей.
  2. Средние. Вырабатывают от 50 до 1250 кг топлива в сутки. Могут в день заправлять 250 стандартных машин или 25 грузовиков.
  3. Промышленные. Производят более 2500 кг чистого водорода. Могут заправлять больше 500 легковушек в сутки.

Заправка состоит из компрессора, диспенсера, системы очистки, электрического лизёра, система хранения водорода. Топливо может производиться как при помощи электролиза воды, так и с помощью паровой конверсии метана.

Для того, чтобы заменить большую сеть бензиновых заправок на водородные, понадобится примерно 1,5 трлн. долларов. А стоимость одной водородной станции обойдётся в 2-3 млн. долл., но окупаемость её быстрее, чем для электрической станции из-за быстрой зарядки.

Список автомобилей на водородном топливе

Существует ли автомобиль на водородном топливе? Да, причём их количество не такое уж и малое. Расскажу про самые популярные модели.

Honda Clarity

Автомобиль продавали в Японии и Калифорнии до 2014 года. Запас хода около 600 км, что больше, чем у любого электрокара. Заправляется Honda Clarity за считанные минуты.

Затем автоконцерн Honda выпустил конкурента Toyota Mirai, цена которого 72 тыс. долл. под названием Clarity Fuel Cell. На полной заправке можно было проехать до 700 км. Мотор имеет мощность 174 л.с. Автомобиль 5-местный.

Toyota Mirai

Это японский автомобиль, который создали после несколько десятков лет разработок. Автомобиль сначала выпустили для японского рынка, а затем и для американского.

Запас хода автомобиля на одной заправке 502 км, максимальная скорость – 178 км/ч., мощность – 153 л.с. В авто встроена система, которая видит препятствия и автоматически включает тормоз. В машине есть сенсорные экраны, при помощи которых осуществляется управление навигацией и микроклиматом.

Ford Airstream

Это гибридный автомобиль с электрическим мотором и водородными ячейками. Поэтому кроме водорода автомобиль может применять для движения аккумуляторы, которые подзаряжаются от водородных элементов.

На аккумуляторе Ford Airstream может проехать около 40 км (это половина заряда), а затем активируется водородное топливо. Запас хода чуть более 450 км, а максимальная скорость — 135 км/ч.

Mercedes-Benz GLC F-CELL

Это первый серийный автомобиль, который сочетает в себе аккумулятор и водородные топливные ячейки. На электричестве он может проехать 50 км, а на водороде – около 430 км. Отмечу, что аккумулятор можно зарядить от обычной электрической розетки.

Автомобиль можно использовать как в качестве электрокара на небольшие расстояния, так и в качестве водородного авто для длительных поездок.

Pininfarina h3 Speed

Это итальянский автомобиль, который способен разгоняться до 100 км/ч всего за 3,4 секунд. Максимально автомобиль может разгоняться до 299 км/ч. Запасы чистого водорода в баке – чуть более 6 кг. Кроме этого Pininfarina имеет мощный аккумулятор и электромоторы. Цена этого продвинутого автомобиля составляет 2,5 млн. долл.

BMW Hydrogen 7

Авто создано на базе стандартной BMW 7. Он работает как на бензине, так и на жидком водороде. В BMW Hydrogen 7 имеется бензиновый бак на 74 литра и большой водородный баллон весом целых 8 кг. Таким образом, максимальный запас хода в этой машине 780 км.

Автомобиль автоматически переключается между двумя типами топлива. Мощность двигателя на водороде – 228 л.с., а на бензине – больше на 32 л.с. Максимальная скорость 229 км/ч, разгон до 100 км/ч осуществляется чуть меньше, чем за 10 секунд.

Hyundai Nexo

Этот автомобильный концерн также стал одним из первых производить серийные водородные автомобили. Мощность двигателя Hyundai Nexo составляет 161 л.с., запас хода – 600 км. Разгоняется авто до 100 км/ч за 10 секунд. Цена автомобиля от 70 тыс. долл.

Grove Obsidian

Это водородный китайский автомобиль нового поколения, у которого запас хода составляет впечатляющие 1000 км. Он экономно расходует топливо за счёт облегчённого корпуса из углеродного материала и невысокому аэродинамическому сопротивлению. Заправка бака происходит всего за 3 минуты, а сам топливный бак очень прочен. А если бак будет повреждён, то водород из него вытечет в жидком виде и сгорит менее чем за 2 минуты.

Серийно автомобили станут выпускать с 2020 года, а к 2030 планируется создать 1 миллион экземпляров.

Другие авто

Ограниченно выпускают:

  • Audi A7 h-tron quattro;
  • Hyundai Tucson FCEV;
  • Mazda RX-8 Hydrogen RE;
  • Автобус Ford E-450;
  • Низкопольные автобусы MAN Lion City Bus.

Испытывают:

  • Focus FCV;
  • Honda FCX;
  • Nissan X-TRAIL FCV;
  • Toyota Highlander FCHV;
  • Volkswagen — space up!;
  • Mercedes-Benz A-Class и Mercedes-Benz Citaro;
  • Irisbus;
  • Toyota FCHV-BUS;
  • единичные модели в Чехии, Китае и Бразилии.

Есть ли будущее у автомобилей на водородном топливе

В настоящее время имеется множество препятствий для того, чтобы перевести большую часть автомобилей на водородное топливо:

Высокая цена водорода. Примерная цена 9 долларов на 100 км пробега. Гибридный автомобиль (Toyota Prius) проедет те же сто км за 2,8 долларов, а Tesla Model S – за 3 бакса. А снижение цены на водород до уровня цен на бензин не прогнозируют даже сами производители автомобилей. Поэтому здесь не получится никакой экономии как при покупке транспорта, так и при заправках.

Производство водорода — вредно для экологии. Сейчас водород производится при помощи паровой конверсии метана, либо частичного окисления. После производства чистого водорода в атмосферу оксид углерода (углекислый газ, CO2), против которого борются многие страны при помощи альтернативных источников энергии для автомобилей. Поэтому здесь получается замкнутый круг.

Отсутствие развития водородных заправок. Для открытия средней водородной заправочной станции требуется не очень большие средства. Все станции можно пересчитать по пальцам, поэтому на водородном автомобиле далеко не уедешь. Придётся осуществлять поездки только в тех местах, где имеются эти самые водородные станции.

Высокая цена на водородные автомобили. Цена на Toyota Mirai на данный момент составляет от 58 тыс. долларов, а на самом деле его продают почти по себестоимости. Из-за таких цен многие не спешат с покупкой таких автомобилей.

Отсутствие преимуществ перед электрокарами. Запас хода, цена заправки, безопасность, мощность и разгон – везде выигрывают электрические автомобили по сравнению с водородными машинами. Единственный плюс у водородных авто – это очень быстрая заправка – 3-5 минут, тогда как электромобили заправляются за 30 минут и более. В любом случае можно в электрокарах можно быстро поменять батарею и через пару минут ехать на «полном баке». Да и когда изобретут более быстрый метод заправок электрических автомобилей, то водородные авто отойдут на 2 план.

Для чего тогда автоконцерны производят и разрабатывают автомобили? Во-первых, это вложение, вдруг через несколько лет именно эта технология окажется наиболее перспективной. Во-вторых, между фирмами идёт соперничество. В-третьих, в некоторых штатах законодательство так поменялось, что сделать водородное авто в 5 раз выгоднее, чем электрокар, плюс государство даёт постоянные гранты и вливания на развитие заправок. Если появится большое количество заводов по производству водорода, то цена автомобилей и водорода будет более интересная.

Видео: Автогиганты бьют по ТЕСЛА: ВОДОРОДНЫЕ автомобили будущего!

Водородный автомобиль – это авто будущего, к переходу на которые могут перейти в недалёком будущем. Сейчас самый популярный авто на водороде – это Toyota Mirai, стоимость которого сравнима с ценой электрокаров. Обеспечивается работа автомобилей при помощи специальных топливных ячеек или элементов, число которых достигает несколько сотен.

Если бы цена на газ была меньше, а заправок было бы больше, то авто с водородными двигателями получили бы не меньшую популярность, чем электромобили. Посмотрим, что покажет будущее.

Уже попробовал

0%

Проголосовало: 2

Генератор водорода для автомобиля

Водород давно считается едва ли не лучшей заменой бензину. Это неудивительно, ведь при его сгорании выделяется вода, а не вредные вещества. Вот только, несмотря на все очевидные преимущества, споры и дискуссии про водородный автомобиль идут до сих пор. И это притом что многие корпорации, Toyota, BMW, Ford, постоянно ведут работы по использованию такого газа как источника энергии для движения машины.

Выбор электродов


Основные компоненты

Как правило, электроды изготовлены из металла или графита, поэтому они проводят электрическую энергию в воду. Важно подобрать такой материал, который не будет реагировать с кислородом или растворенным веществом, иначе реакция будет проходить на поверхности катода (отрицательный электрод), а вода будет загрязняться при этом.

Применение неподходящих электродов способствует уменьшению объемов производимого газа и слишком быстрому износу электрода.

Двигатель на водородном топливе

Есть две перспективы. Первая (краткосрочная) — необходимо добиться большей эффективности использования нефтетоплива, долгосрочная — решением может стать переключение транспортных средств с бензиновых/дизельных двигателей на электрические топливные элементы (электрохимические генераторы), работающие на водороде, которые никогда не разряжаются. Бесшумные, не загрязняющие окружающую среду, это одни из самых экологически чистых источников энергии, когда-либо разработанных. Разберёмся, как они работают.

Есть два способа заставить современный автомобиль двигаться:

  1. Использовать двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В процессе сжигания нефотетоплива вырабатывается тепло, благодаря чему транспортное средство может ехать.
  2. Электромобили работают совершенно по-другому. Там используются аккумуляторы, которые подают электроэнергию на электродвигатели, напрямую приводящие в движение колеса.

Есть гибридные автомобили, сочетающие оба варианта, водитель может переключатся между ними в соответствии с условиями вождения. Устройство водородного двигателя — нечто среднее между ДВС и аккумулятором. Он вырабатывает энергию, используя топливо из бака (газообразный водород под давлением, а не бензин или дизель). Процесса сжигания нет, h3 химически соединяется с кислородом из воздуха, образуя воду. Высвобождаемое электричество используется для питания электродвигателя. Никаких выхлопных газов.

Что происходит внутри

В основе принципа действия водородного двигателя лежит электрохимическая реакция. Состав топливного элемента — это три основные части:

  • положительно (желтая) и отрицательно (сиреневая) заряженные клеммы;
  • электролит (серый).

Электричество возникает следующим образом:

  1. Газообразный h3 из резервуара подаётся к положительному полюсу. Поскольку вещество взрывоопасно, бак должен быть чрезвычайно прочным.
  2. Кислород из воздуха (голубые капли) идёт по второй трубке.
  3. Положительная клемма металлическая (платина или палладий). Достигая катализатора, атомы h3 распадаются на ионы и электроны.
  4. Положительно заряженные протоны притягиваются к отрицательному полюсу, двигаясь к нему через электролит. Последний представляет собой тонкую полимерную мембрану.
  5. Электроны проходят через внешнюю цепь.
  6. Приходит в действие электродвигатель, заставляющий колёса автомобиля двигаться.
  7. На отрицательной клемме протоны и электроны рекомбинируют с кислородом путём химической реакции, которая производит воду.
  8. Выхлоп — водяной пар.

Процесс будет продолжаться до тех пор, пока есть запасы h3 и O2. Поскольку воздух всегда доступен, единственный ограничивающий фактор — количество водорода h3 в баке.

Проект генератора водорода


Как работает?

Существуют очень простые системы, используемые для производства водорода и кислорода за счет электролиза воды. Смысл заключается в том, что для получения достаточного объема газа используется технология без дополнительных химических веществ и эрозии электродов. Можно попробовать изготовить электроды из меди, но этот материал вступает в реакцию с водой и выделяет много загрязнений, поэтому такой вариант плохо подходит.

Мы рекомендуем сделать электроды из нержавейки, так как этот металл не реагирует так легко, как медь в процессе электролиза. Главной проблемой в этом случае становится поиск высококачественной нержавейки.

Количество вырабатываемого газа пропорционально заряду, который проходит через воду. Таким образом, чем выше ток, тем больше газа. Расстояние между электродами для этого должно быть максимально маленьким, но пузырьки газа должны легко передвигаться между ними.

А все-таки попробовать можно – водородный генератор для автомобиля

Несмотря на такой безрадостный вывод о водородной энергетике в промышленном масштабе, можно попробовать использовать вариант получения, так называемого газа Брауна непосредственно на автомобиле. По сути, это тот же самый водород, результат электролиза воды, только проведенного на машине. Под капотом монтируется специальная установка, генератор водорода, питание на которую подается от бортовой сети.

Понятно, что при прочих равных условиях мощность, расходуемая на движение, уменьшится, часть энергии будет дополнительно тратиться на производство газа. Но результаты, полученные в ходе многочисленных испытаний, показывают, что подобная установка позволяет экономить до тридцати процентов бензина.

Как устроен такой генератор, позволяет понять рисунок. Пример изготовления простейшего его варианта показан на видео и

Его основу составляют металлические электроды, часть из которых подсоединена к плюсу, а часть к минусу б/с. Внутрь залита вода (синяя стрелка) а из емкости выходит газ Брауна (голубая стрелка). Через шланг газ подается во впускной патрубок ДВС.

Как реально подобная установка располагается под капотом, видно на фото.

Вот такой небольшой генератор газа Брауна позволит любой автомобиль сделать немного ближе к творениям концерна Toyota или BMW, получая некоторую экономию бензина.

Правда споры по поводу того, получает ли владелец выгоду от такого устройства, не стихают. Одни утверждают что генератор того стоит, другие оперируя формулами и прочими доводами, доказывают что это миф, и на самом деле от водородного генератора нет никакого толку.

Водород считают горючим будущего, но так ли это? Для его повсеместного использования существует множество проблем, и хотя ведущими автопроизводителями, такими например, как Toyota, в этом направлении прилагаются значительные усилия, есть определенные сомнения, что в ближайшем времени водород сможет заменить бензин. Но есть мнение, что если использовать простейший генератор газа Брауна, то вполне возможно добиться экономии бензина на своем автомобиле, не дожидаясь прихода водородной энергетики.

Материал для пластин


Генератор в собранном виде

Для пластин мы советуем использовать также хорошую нержавеющую сталь, которая имеет минимальный риск образования коррозии. Нержавейка не так хорошо проводит электричество, как медь, поэтому пластины электродов создаются из листов толщиной около 2 мм. Это снизит сопротивление. Чем выше качество металла, тем труднее вам будет изготавливать электроды (материал труднее режется).

Пластины электродов мы рекомендуем составлять слоями, а расстояние между ними можно регулировать нейлоновыми шайбами или шайбами из какого-нибудь другого диэлектрического материала. Пластины следует размещать в переменной позиции, чтобы плюсовые чередовались с минусовыми.

О водородной ячейке Мейера

Если вы сделали и испытали вышеописанную конструкцию, то по горению пламени на конце иглы наверняка заметили, что производительность установки чрезвычайно низкая. Чтобы получить больше гремучего газа, нужно изготовить более серьезное устройство, называемое ячейкой Стэнли Мейера в честь изобретателя.

Принцип действия ячейки тоже основан на электролизе, только анод и катод выполнены в виде трубок, вставляющихся одна в другую. Напряжение подается от генератора импульсов через две резонансные катушки, что позволяет снизить потребляемый ток и увеличить производительность водородного генератора. Электронная схема устройства представлена на рисунке:

Примечание. Подробно о работе схемы рассказывается на ресурсе https://www.meanders.ru/meiers8.shtml.

Для изготовления ячейки Мейера потребуется:

  • цилиндрический корпус из пластмассы или оргстекла, умельцы нередко используют водопроводный фильтр с крышкой и патрубками;
  • трубки из нержавеющей стали диаметром 15 и 20 мм длиной 97 мм;
  • провода, изоляторы.

Нержавеющие трубки крепятся к основанию из диэлектрика, к ним припаиваются провода, подключаемые к генератору. Ячейка состоит из 9 или 11 трубок, помещенных в пластиковый либо плексигласовый корпус, как показано на фото.


Под ячейку Мейера можно приспособить готовый пластиковый корпус от обычного водопроводного фильтра

Соединение элементов производится по всем известной в интернете схеме, куда входит электронный блок, ячейка Мейера и гидрозатвор (техническое название – бабблер). В целях безопасности система снабжена датчиками критического давления и уровня воды. По отзывам домашних умельцев, подобная водородная установка потребляет ток порядка 1 ампера при напряжении 12 В и обладает достаточной производительностью, хотя точные цифры отсутствуют.


Принципиальная схема включения электролизера

Крепеж

Крепеж нужно также изготовить из нержавеющей стали, чтобы материалы друг другу соответствовали. Важно добиться плотного прилегания всех элементов, что исключит искрообразование. Не забывайте, что вы имеете дело с горючим газом.

В нашем конкретном случае мы собираем систему из 16 пластин с расстоянием между ними около 1 мм. Большая площадь поверхности, толщина пластин и болты позволяют пропускать через систему более высокие токи без резистивного нагрева металла. Общая емкость электродов -1nF при измерении в воздушной среде. Такой набор электродов может использовать в простой водопроводной воде до 25А.

Практическое использование водородного двигателя

Производство водорода h3 путём электролиза требует довольно много энергии. Это проблема, поскольку объём топливного бака придётся увеличить. Облегчить конструкцию можно, если использовать углепластик, что сильно увеличивает стоимость. Другой минус водородных двигателей — водород трудно хранить длительное время, его чрезвычайно маленькие молекулы легко просачиваются, а утечка может привести к возгоранию.

Ещё один отрицательный момент — энергоэффективность, КПД такого движка не превысит 30%, тогда как для электромобилей этот показатель достигает 70-80%. Плюс ко всему трудно найти заправку.

Преимущества тоже есть. Заправить машину можно за 5 минут, тогда как зарядка электромобиля занимает от получаса до 12 часов. У транспортных средств на топливных элементах такой же запас хода, как у обычных газовых машин, хотя их характеристики с возрастом ухудшаются. Но главный плюс — экологичность.

Корпус генератора водорода

Корпус генератора водорода

Электроды для сбора газа необходимо поместить внутрь контейнера с герметично изолированными разъемами, крышкой и другими соединениями. Контейнер изначально должен быть пищевым и стойким к высоким температурам.

Если контейнер металлический, электроды следует закрепить на пластиковой основе для предотвращения короткого замыкания. Два разъема можно установить с двух сторон медных и латунных фитингов, которые применяются для извлечения газа. Фитинги и контактные разъемы прочно крепятся с применением силиконового герметика, чтобы закрытый контейнер получился совершенно герметичным.

Как сделать водородный двигатель своими руками

Создание генератора водорода — эффективный способом существенного сокращения топливных расходов. Задача — подать в камеру сгорания специальный газ (система Брауна). Ниже приведена простая пошаговая инструкция.

Сборка электролита

Используйте 8 электролитических пластин из нержавеющей стали (16×20 см), уложив их друг на друга. У них уже должно быть отверстие сверху. Просверлите еще по одному отверстию толщиной 1 см. Между ними поместите ПВХ проставки (толщиной 3 мм). Стальные пластины не должны касаться друг друга. С помощью винтового соединения скрепите конструкцию.

Подготовка пластикового контейнера

Подготовьте ёмкость. Вставьте два длинных винта внутрь крышки, зазоры закройте герметиком. Прикрепите провод к каждому винту, обмотав его вокруг, оставьте снаружи контейнера. Сделайте еще одно отверстие в крышке и вставьте туда резиновый шланг, погрузив его в воду. Другой конец трубки должен открываться в пластиковый корпус воздухозаборника автомобиля.

Нужно будет просверлить отверстие в корпусе, чтобы вставить трубку. Для более прочного соединения используйте фитинги из ПВХ на обоих концах. Налейте дистиллированную воду, заполнив половину объёма. Положите пол чайной ложки соли или полную пищевой соды, хорошо перемешайте.

Поместите электролит из нержавеющей стали в контейнер, убедившись, что он хорошо погружен. Любые промежутки внутри ёмкости должны быть заполнены герметиком, чтобы предотвратить утечку газа. Внутри тары мгновенно образуются пузырьки, газ начал вырабатываться.

Соблюдайте осторожность

Вырабатываемый газ – это взрывоопасная смесь водорода и кислорода, поэтому использовать его нужно с максимальной осторожностью. В контейнере содержится много газа, имеется вероятность его возгорания, а при избыточном давлении может даже произойти взрыв. Во избежание детонации газа внутри генератора водорода трубы из контейнера должны соединяться с другим контейнером, наполненным водой наполовину. При возгорании на выходе пламя не проникает обратно в устройство. Это устройство безопасности совершенно необходимо и его необходимо обязательно устанавливать.

Как видите, водородный генератор – это не просто плод воображения, а на самом деле реальное устройство, которое снижает затраты топлива для машины. Также водород неопасный для атмосферы.

Водородная установка для автомобиля, с нее все начиналось

Согласно историческим сведениям, первый двигатель ДВС был водородный, хотя порой использовался и светильный газ. Но потребовалось еще много лет для совершенствования подобного мотора, и только в 1859 году был построен первый самоходный экипаж, топливом для которого служили упомянутые газы. Так что можно сказать, что современный транспорт начинался с автомобиля с водородным двигателем. Хотя в дальнейшем он уступил свое место бензиновому.

Известно несколько случаев, когда при отсутствии привычного горючего, водородный генератор обеспечивал автомобиль топливом. Но тем не менее, при всех достоинствах такого источника энергии он не нашел широко применения, хотя многие автомобильные корпорации, та же самая Toyota, работают над возможностью создания автомобиля на водородном топливе, и надо сказать не без успеха.

Чуть-чуть о доверчивости и наивности

Некоторые находчивые воротилы рекомендуют на продажу водородный генератор на авто. Рассказывают про отделку лазером поверхности электродов или про уникальные тайные сплавы, из которых они выполнены, специализированные катализаторы воды, разработанные в научных лабораториях мира.

Все зависит от способности мысли подобных бизнесменов к полёту научной фантазии. Доверчивость способен выполнить вас за ваши же средства (порой даже не малые) хозяином установки, у которой через два месяца эксплуатации разрушатся контактные пластины.

Если вы захотели этим методом экономить, то лучше собирать установку своими силами. Как минимум, не на кого потом будет пенять.

Типы установок

На данное время водородный генератор для автомобиля может быть укомплектован тремя разными по типу, характеру работы и продуктивности электролизёрами:

  1. Простой, цилиндрического типа. Создает 700 миллилитров газа за минуту. Такой продуктивности достаточно для двигателей с объёмом работы до 1,4 литров.
  2. С ячейками раздельного типа. Является наиболее эффективным по типу конструкции и продуктивности. Выход газа превосходит 2 литра за минуту. Такой объём дает возможность использовать его на грузовом транспорте.
  3. Электролизёр с пластинами открытого типа. Данная конструкция обеспечивает добавочное охлаждение системе, благодаря чему может применяться при непрерывной эксплуатации агрегата. Выход газа изменяется количеством пластин реактора.

Первый вид конструкции вполне достаточен для большинства карбюраторных двигателей. Отсутствует необходимость в установке сложной электронной схемы регулятора продуктивности газа, да и сама сборка подобного электролизёра не представляет трудности.

Для намного мощнее машин предпочтительна сборка второго типа реактора. А для двигателей, работающих на дизеле, и большегрузных машин применяют Третий тип реактора.

Регулятор тока

Водородный генератор на авто во время работы повышает собственную продуктивность. Связано это с выделением тепла при реакции электролиза. Рабочая жидкость реактора чувствует нагрев, и процесс течет намного интенсивнее. Для контроля над течением реакции применяют регулятор тока.

Если не уменьшать его, может случиться просто закипание воды, и реактор перестанет выдавать газ Брауна. Специализированный контролер, выверяющий работу реактора, дает возможность менять продуктивность с увеличением оборотов.

Карбюраторные модели оснащают контроллером с традиционным тумблером 2-ух рабочих режимов: «Магистраль» и «Город».

Двигатель внутреннего сгорания на водороде: устройство и принцип работы

Как известно, поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет как плюсы, так и целый ряд определенных недостатков. Прежде всего, глобальной проблемой является токсичный выхлоп бензиновых и дизельных ДВС, а также постоянная потребность в нефтяном топливе. Не сильно меняется ситуация и после перевода автомобиля на газ, так как установка ГБО также не решает всех задач.

С учетом данных особенностей постоянно ведутся разработки альтернативных вариантов. Сегодня реальным конкурентом ДВС является электродвигатель. При этом относительно небольшой запас хода, высокая стоимость аккумуляторных батарей и всего электрокара (электромобиля) в целом, а также отсутствие развитой инфраструктуры по ремонту и обслуживанию таких машин закономерно тормозит их популяризацию.

По этой причине автопроизводители постоянно работают над тем, чтобы получить «безвредный» для окружающей среды и относительно дешевый в производстве силовой агрегат, который при этом не будет нуждаться в дорогом топливе.

Среди подобных двигателей следует отдельно выделить водородный ДВС, который вполне может заменить существующий на сегодня дизельный или бензиновый мотор, причем в обозримой перспективе. Давайте рассмотрим, как работает водородный двигатель, какую конструкцию имеет подобный мотор и в чем заключаются его особенности.

Содержание статьи

История создания водородного двигателя

Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.

Во времена Второй мировой войны, когда возникли сложности с поставками нефтяного топлива, техник из СССР Борис Исаакович Шелищ, который был родом из Украины, заложил основы российской водородной энергетики. Он также предложил использовать смесь водорода и воздуха в качестве горючего  для ДВС, после чего его идеи быстро нашли практическое применение. В результате появилось около полутысячи двигателей, работавших на водороде.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.

Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).

Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.

Работа двигателя на водороде: особенности водородного ДВС

Начнем с того, что двигатель внутреннего сгорания на водороде по своей конструкции не сильно отличается от обычного ДВС. Все те же цилиндры и поршни, камера сгорания и сложный кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно поступательного движения в полезную работу.

Единственное, в цилиндрах сгорает не бензин, газ или солярка, а смесь воздуха и водорода. Также нужно учитывать и то, что способ подачи водородного топлива, смесеобразование и воспламенение также несколько другой по сравнению с аналогичными процессами в традиционных аналогах.

Прежде всего, горение водорода по сравнению с нефтяным топливом отличается тем, что водород сгорает намного быстрее. В обычном двигателе смесь бензина или солярки с воздухом заполняет камеру сгорания тогда, когда поршень почти поднялся в ВМТ (верхняя мертвая точка), затем топливо какое-то время горит и уже после этого газы давят на поршень.

На водороде реакция протекает быстрее, что позволяет сдвинуть наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Также после того, как протекает реакция, результатом становится обычная вода вместо токсичных выхлопных газов. Как видно, на первый взгляд стандартный двигатель относительно легко подстроить под водородное топливо путем доработок впуска, выпуска и системы питания, однако это не так.

Первая проблема заключается в том, как получать необходимый водород. Как известно, водород находится в составе воды и является распространенным элементом, однако в чистом виде практически не встречается. По этой причине для максимальной автономности на транспортное средство нужно отдельно ставить водородные установки, чтобы «расщеплять» воду, позволяя мотору питаться необходимым топливом.

Идея кажется привлекательной. Более того, можно даже обойтись без наружного воздуха на впуске и создать закрытую топливную систему. Другими словами, после каждого раза, когда в камере сгорит заряд, в цилиндре будет оставаться водяной пар. Если этот пар пропустить через радиатор, произойдет конденсация, то есть снова образуется вода, из которой можно повторно получить водород.

Однако чтобы этого добиться, на автомобиле должна стоять установка для электролиза (электролизер), которая и будет отделять водород от воды, чтобы затем получить нужную реакцию с кислородом в камере сгорания. На практике установка получается сложной и дорогой, а создать такую закрытую систему довольно сложно.

Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания независимо от типа топлива все равно нуждается в системе смазки, чтобы защитить нагруженные узлы и трущиеся пары. Если просто, без моторного масла никак не обойтись. При этом масло частично попадает в камеру сгорания и затем в выхлоп. Это значит, что полностью изолировать топливную систему на водороде (не использовать наружный воздух) практически нереализуемая задача.

По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания больше напоминают газовые двигатели, то есть агрегаты на газе пропане. Чтобы использовать водород вместо пропана, достаточно изменить настройки такого ДВС. Правда, КПД на водороде несколько снижается. Однако и водорода нужно меньше, чтобы получить необходимую отдачу от мотора. При этом никаких установок для автономного получения водорода не предполагается.

Что касается попытки подать водород в обычный бензиновый или дизельный двигатель, автоматически возникают риски и сложности. Прежде всего, высокие температуры и степень сжатия могут привести к тому, что водород будет вступать в реакцию с нагретыми элементами ДВС и моторным маслом.

Также даже небольшая утечка водорода может стать причиной того, что топливо попадет на разогретый выпускной коллектор, после чего может произойти взрыв или пожар. Чтобы этого не случилось, для работы на водороде чаще задействуют  роторные двигатели. Такой тип ДВС больше подходит для этой задачи, так как их конструкция предполагает увеличенное расстояние между впускным и выпускным коллектором.

Так или иначе, даже с учетом всех сложностей, ряд проблем удается обойти не только на роторных, но даже и на поршневых моторах, что позволяет водороду считаться достаточно перспективной альтернативой бензину, газу или солярке. Например, экспериментальная версия модели BMW 750hL, которую представили в 2000 году, имеет водородный двигатель на 12 цилиндров. Агрегат успешно работает на таком горючем и способен разогнать автомобиль до скорости около 140 км/час.

Правда, никаких отдельных установок для получения водорода из воды  на машине не имеется. Вместо этого стоит особый бак, который просто заправлен водородом. Запас хода  на полном баке водорода составляет около 300  км. После того, как водород закончится, двигатель в автоматическом режиме начинает работать на бензине.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной).  Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода.  В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Такая реакция образует воду,  при этом электроны из камеры с анодом поступают в электрическую цепь. Указанная цепь подключена к двигателю. Простыми словами, образуется электричество, которое заставляет двигатель работать от такого водородного топливного элемента.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. В результате конечная стоимость транспорта с таким двигателем сильно возрастает.

Водородный двигатель: дальнейшие перспективы

Сегодня над созданием экологичных двигателей трудятся многие компании. Некоторые идут по пути создания двигателей-гибридов, другие делают ставку на электромобили и т.д. Что касается водородных установок, в плане экологии и производительности данный вариант также может в ближайшее время составить конкуренцию ДВС на бензине, газе или дизтопливе.

Водородные двигатели показали себя несколько лучше, чем самые продвинутые электрокары. Например, японская модель Honda Clarity. Единственное, остался такой недостаток, как способы  и возможности заправки. Дело в том, что инфраструктура водородных заправочных станций не особенно развита, причем в мировом масштабе.

Также не особенно большим является и сам выбор водородных  легковых авто. Кроме Honda Clarity можно разве что упомянуть Mazda RX8 Hydrogen, а также BMW Hydrogen 7. Фактически это автомобили-гибриды, которые работают на жидком водороде и бензине. Еще можно добавить в список Mercedes GLC F-Cell. Эта модель имеет возможность подзарядки от бытовой сети электропитания и позволяет пройти до 500 км. на одном заряде.

Дополнительно стоит отметить модель Toyota Mirai. Автомобиль работает только на водороде, одного бака хватает на 600 км. Водородные двигатели еще встречаются на отечественной модели «Нива», а также устанавливаются корейцами на специальную версию внедорожника Hyundai Tucson.

Как видно, с двигателем на водороде активно экспериментируют многие производители, однако такое решение все равно имеет много недостатков. При этом некоторые минусы сильно мешают массовой популяризации.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель GDI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях, принципах работы, а также преимуществах и недостатках моторов данного типа.

Прежде всего, это безопасность и сложность транспортировки такого топлива. Важно понимать, что водород  весьма горюч и взрывоопасен даже при относительно невысоких температурах. По этой причине его сложно хранить и перевозить. Получается, необходимо строить особые водородные резервуары для  авто с данным типом двигателя. Как результат, на практике водородных заправок очень мало.

К этому также можно добавить определенную сложность и высокие расходы на ремонт и обслуживание водородного агрегата, а также необходимость в подготовке и обучении большого количества высококвалифицированного персонала. Если же говорить о самом авто на водороде и его эксплуатационных характеристиках, наличие водородной установки делает машину более тяжелой, закономерно ухудшается управляемость.

Подведем итоги

Как видно, сегодня водородные автомобили и двигатель на воде можно считать вполне реальной альтернативой не только привычным ДВС, которые используют нефтяное топливо, но и электрокарам.

Прежде всего, такие установки менее токсичны, при этом они не нуждаются в дорогостоящем топливе на основе нефти. Также автомобили с водородным двигателем имеют приемлемый запас хода. В продаже имеются и гибридные модели, использующие как водород, так и бензин.

Что касается недостатков и сложностей, машина с водородным двигателем сегодня имеет высокую стоимость, а также могут возникать проблемы с заправкой топливом по причине недостаточного количества заправочных станций. Не стоит забывать и о том, что также не просто найти специалистов, которые способны качественно и профессионально обслужить водородную силовую установку. При этом обслуживание будет достаточно затратным.

Напоследок отметим, что активное строительство трубопроводов для перекачки газа метана обещает в дальнейшей перспективе возможность перекачки по этим же трубопроводам и водорода. Это значит, что в случае роста общего числа авто с водородными двигателями, также высока вероятность быстрого увеличения количества специализированных заправочных станций.

Читайте также

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.

Заработать на водороде – Коммерсантъ Санкт-Петербург

Внедрение водородного топлива — перспективное направление и для России, и для всего мира: оно является более технологичным и экологичным. Популяризация подобных технологий связана с рядом существенных ограничений — высокой ценой топлива, необходимостью новых технологических решений для его хранения и транспортировки, а также с развитием инфраструктуры для обслуживания автомобилей. Эксперты отмечают, что экономическая выгода водородного топлива по сравнению с остальными пока неочевидна.

В начале ноября Смольный сообщил, что в Петербурге может появиться каршеринг на водородном топливе. Соответствующий проект рассматривается городом, Минпромторгом РФ и компанией Hyundai. По словам вице-губернатора Петербурга Евгения Елина, городское правительство намерено «забежать вперед и посмотреть, как это будет работать», организовав эксплуатацию таких автомобилей. Впрочем, конкретных сроков названо не было, равно как и подробностей запуска данного проекта, касающихся потенциального оператора каршеринга и количества таких машин.

Как пояснили BG в Минпромторге РФ, речь идет о развитии нового для нашей страны направления — использования, а в будущем и создания транспорта, работающего на водородном топливе. При этом «Каршеринг на водородном топливе» может стать одним из пилотных проектов, реализуемых в мегаполисах. В ведомстве также отметили, что поставщиками водородного топлива могут стать «Газпром» и «Росатом».

Найти отличия

Для начала стоит разделить два направления использования водорода в качестве топлива. «Первый — это применение его в качестве именно топлива для двигателей внутреннего сгорания. Этот вариант старше, чем использование бензина или дизельного топлива, причем почти на век. Прообраз такого двигателя появился еще в 1806 году»,— говорят эксперты «Авито Авто». С двигателями подобного типа создавали легковые модели Mazda (причем в этом случае двигатель роторный и двухтопливный), BMW (тоже двухтопливная схема), Audi, Ford, Hyundai, Toyota, Honda — и это далеко не полный список. В настоящее время в этом направлении (но не единственном и не наиболее приоритетном) работает и производитель грузовиков и автобусов MAN. Кроме того, имели место и российские, и даже еще советские разработки, отмечают эксперты. «Одним словом, это просто одна из ветвей развития современных двигателей. Как для легковой, так и для грузовой техники, для железнодорожных локомотивов и даже для авиации»,— заключают они.

Второе направление — относительно новое и считающееся одним из наиболее перспективных — это водородные топливные элементы, то есть системы, позволяющие использовать водород во взаимодействии с кислородом (без процесса горения) для генерации электроэнергии непосредственно на борту автомобиля. «В автомобиле с водородным двигателем, как правило, есть два бака — с водородом и воздухом, при смешивании которых выделяется электричество. Его можно использовать непосредственно для питания электродвигателя»,— рассказывает Роман Абрамов, исполнительный директор «СберАвто», добавляя, что это прекрасная на первый взгляд технология, не требующая масла, поршней, двигательных элементов, не наносящая вред окружающей среде. «Водородные топливные элементы действительно достаточно перспективны. Подобные разработки — как экспериментальные, так и серийные — также имеют многие производители, среди них Toyota, Hyundai, Mercedes, Opel, Honda, Volkswagen»,— добавляют эксперты «Авито Авто». Пионером в этой области можно назвать компанию Toyota, которая несколько лет назад представила автомобиль Toyota Mirai. «Это не концепт, а работающий продукт, который можно увидеть на улицах Японии и, думаю, в других развитых азиатских стран»,— говорит господин Абрамов. Кроме того, BMW совместно с Toyota ведет разработки для своих авто, развивают это направление Honda и Hyundai. «Какие-то попытки совершают многие производители, у Lada была «Нива» на водородном топливе. Тем не менее пока у всех, кроме Toyota, это остается на уровне экзотики и прототипов»,— указывает он.

Некоторые эксперты автоиндустрии считают, что водородный двигатель применим в первую очередь в транспортных средствах, предназначенных для коммерческого использования (например, машины такси, грузовые автомобили). В частности, такой позиции придерживается глава концерна Volkswagen Герберт Дис. «VW сделал выбор в пользу производства электромобилей, и, как отмечал Герберт Дис, одна из причин — в том, что водородный двигатель обладает большим потенциалом для использования в грузовом транспорте, чем для оснащения персональных легковых автомобилей. Одна из возможных причин такой позиции — то, что машина на водородном топливе в производстве дороже, чем авто с электрическим двигателем»,— объясняют в «Авито Авто».

Преимущества и недостатки

Необходимость перехода на водородное топливо обусловлено и климатическими, и экологическими требованиями. «В 2019 году наша страна подписала Парижскую конвенцию по климату, которая предусматривает разработку технических решений по переходу на экологические виды топлива, так называемое «зеленое» топливо. Россия имеет высокий потенциал для производства экологически чистого водорода. К 2030 году стоимость водорода станет сопоставима со стоимостью традиционных источников энергии, но в настоящее время использование «зеленого» топлива до конечного потребителя затруднительно, в том числе с финансовой точки зрения»,— замечает ректор БГТУ «Военмех» им.  Устинова Константин Иванов. При этом, по его словам, переход транспортной системы Петербурга на «зеленое» топливо потребует колоссальных инвестиций и глобальных инфраструктурных решений.

Водородное топливо — гораздо более технологичный и экологичный вид топлива, оно обеспечивает бесшумную работу, малый расход, а также полную экологичность по причине выбросов водяного пара. Такие автомобили можно очень быстро заправлять — едва ли не быстрее, чем бензиновые или дизельные, что является существенным плюсом на фоне длительной зарядки аккумуляторов. Кроме того, автомобили на топливных элементах имеют лучший запас хода.

Среди недостатков эксперты отмечают сложность и дороговизну получения водорода как топлива: в случае получения его из природных газов не снижаются углеродные эмиссии, а в случае электролиза — необходимо большое количество редкоземельных и драгоценных металлов для установки. «Однако как показало время, если развивать любую технологию, можно достичь снижения стоимости, как это было с литий-ионными батареями, стоившими сначала целое состояние»,— говорит Александр Багрецов, руководитель проектов направления «Оценка и финансовый консалтинг» группы компаний SRG.

По словам директора по административно-хозяйственной деятельности ООО «Байкал-Сервис ТК» Александра Разина, для использования водорода в качестве топлива потребуются не только энергоресурсы для его производства, но и развитая инфраструктура хранения и транспортировки — трубопроводы, железнодорожные цистерны, морские танкеры, автозаправки. «Как известно из химии, водород очень летуч и взрывоопасен. Хранение, транспортировка или использование водорода потребуют наличия высокочувствительных газоанализаторов, сверхпрочных материалов. К примеру, существующая технология водородно-воздушных топливных элементов, которая уже используется на автомобилях Honda, Toyota, Hyundai, пока не показала свою безоговорочную эффективность, так как оборудование довольно тяжелое и габаритное, а вероятность утечки чрезвычайно летучего газа снижает безопасность и требует высочайшего уровня технологий, что, безусловно, влияет на экономику проекта»,— рассуждает господин Разин.

К другим недостаткам можно отнести высокую стоимость машин, которые по своему устройству существенно сложнее бензиновых или электрических, добавляет Дмитрий Мешков, исполнительный директор ООО «Соллерс Инжиниринг». По его словам, в обозримом будущем можно говорить лишь о реализации локальных проектов, таких как создание пассажирского транспорта на водородном топливе для крупных и богатых городов. «Однако и тут не все просто, поскольку у таких автомобилей нет очевидных преимуществ перед электрическими»,— добавляет он.

По словам вице-президента Независимого топливного союза Дмитрия Гусева, практика показывает, что рост транспорта с альтернативными двигателями возможен только при создании достаточной инфраструктуры. А на стартовом этапе развитие инфраструктуры — это долгосрочные инвестиции. «Поэтому первым шагом для развития водородных двигателей будет создание сетей водородных заправок, о чем пока даже упоминания нет в «Энергостратегии-2035″»,— поясняет господин Гусев, предполагая, что в ближайшие пятнадцать лет, если не будет существенных изменений, автомобилей и заправок на водороде не планируется.

Мария Кузнецова

Произведите собственный водород — самодельный генератор водорода — LED Journal

В Интернете доступно множество различных конструкций генераторов водорода. Существует также множество доступных для загрузки схем, показывающих, как построить собственный генератор водорода (или газа Брауна). Добавляя этот компонент в свой автомобиль, имейте в виду, что некоторые автомобили могут не получить преимущества от впрыска газа Брауна, но многие из них будут, особенно в небольших старых автомобилях.

Совместимость автомобилей с газом Брауна

Некоторые автомобили, особенно новые автомобили со всем компьютерным управлением, могут работать с перебоями, если вы введете газ Брауна в систему впуска воздуха. В первую очередь это связано со всеми датчиками, которые сегодня устанавливаются на автомобили.

Когда газ Брауна вводится в систему впуска воздуха, он обогащает качество воздуха, добавляя водород и кислород. Датчики двигателя автомобиля предназначены для определения «нормального» качества воздуха и выполнения любых необходимых регулировок двигателя в случае изменения качества воздуха.Когда они обнаруживают воздух, обогащенный водородом и кислородом, в воздушно-топливной системе, компьютер автоматически вносит изменения в воздушно-топливную смесь, что приводит к перебоям в работе двигателя.

Некоторые люди избежали этой проблемы, сняв датчики воздуха с автомобиля и заменив их поддельным датчиком, который заставляет компьютер думать, что датчик все еще там, но, в отличие от датчика воздуха, поддельный датчик не посылает никаких сигналов на бортовой компьютер.Существуют и другие способы избежать этой проблемы, и быстрый поиск в Интернете по запросу «автомобильные датчики и газ Брауна» покажет способы избежать проблем с компьютером.

Самодельный генератор водорода

Создаваемый вами водородный генератор должен быть специально разработан для автомобиля, в который вы его устанавливаете. Вам нужно место для генератора водорода, и он также должен быть расположен близко к батарее (для питания).

Список компонентов

Чтобы начать сборку водородного генератора, вам потребуются как минимум следующие компоненты:

  • Канистра достаточно большая, чтобы вместить воду, электролизные пластины и проводку.
  • Не менее двух настенных панелей для розеток из нержавеющей стали.
  • Втулки, пластиковые или резиновые шайбы и винты из нержавеющей стали.
  • Провода повышенной прочности (калибр 6–8) — красный (плюс) и черный (минус).
  • Блоки предохранителей с предохранителями не менее 30 А
  • Достаточное количество пластиковых трубок для соединения бачка с системой впуска топлива.
  • Выключатель питания, позволяющий управлять питанием генератора

Основные инструкции по сборке генератора водорода

Для создания генератора водорода можно использовать множество различных типов контейнеров, но наиболее распространенным является стандартная труба из ПВХ от 6 до 8 дюймов, отрезанная до нужной длины.Труба должна быть полностью герметизирована, чтобы газ мог удерживаться и улавливаться. Для этого можно использовать заглушки из ПВХ или резьбовые наконечники.

Настенные пластины из нержавеющей стали используются для закрытия старой емкости, которая больше не используется. Их можно найти в любом хозяйственном магазине. Следует использовать нержавеющую сталь, потому что она не подвержена коррозии, как обычная сталь. Электролиз разъедает обычную сталь в течение нескольких минут.

Стальные стеновые пластины должны быть прижаты друг к другу, но не соприкасаться.Установите втулки внутри «отверстий для винтов» настенных пластин, используйте резиновые шайбы на внешней стороне пластин и соедините их винтами из нержавеющей стали, но оставьте каждый винт прикрепленным к отдельной пластине. Пластины не должны касаться друг друга, но каждый винт должен касаться каждой пластины.

Подсоедините красный (положительный) провод к винту на одной из пластин, а черный (отрицательный) провод подключите к противоположному винту на другой пластине. Теперь у вас должно быть пространство около 1/8 дюйма между двумя пластинами с каждым проводом, соединяющим каждую пластину.Одна пластина служит положительным проводником, а другая пластина будет служить отрицательным проводником. При питании ток проходит через воду внутри канистры, разбивая воду на отдельные атомы (водород и кислород).

Пластиковая трубка (обычно около ¾ дюйма) должна быть вставлена ​​через просверленное отверстие в верхней части баллона, где будет собираться газ. Именно эта трубка будет подключаться к системе впуска вашего автомобиля; поставляет газ Брауна. В качестве меры предосторожности подсоедините шланг к канистре водородного генератора и направьте его в отдельную канистру с водой, а затем, наконец, подсоедините его к системе впуска вашего автомобиля.Эта вторичная канистра поможет предотвратить катастрофу в случае, если бензин каким-то образом воспламенится в двигателе.

Установите выключатель питания в салоне автомобиля и подключите его к красному проводу, подающему питание на водородный генератор. Существует несколько различных способов подключения выключателя питания, поэтому проведите небольшое исследование по этому вопросу. Также установите блок предохранителей на одной линии с проводом питания. Если какой-либо провод был каким-то образом закорочен, предохранитель перегорит, а не вызовет электрическое повреждение или возгорание вашего автомобиля.

Подключение к системе впуска воздуха

Большинство автомобилей оснащены воздухозаборником резинового типа, который соединяется с воздушным фильтром автомобиля непосредственно с воздухозаборником двигателя. Именно к этому резиновому компоненту вы хотите подключить трубку от генератора водорода. Когда генератор водорода работает, внутри контейнера создается давление, из-за чего газ попадает в камеры сгорания двигателя.

Дополнительная информация о построении этих систем

Ни в коем случае эта короткая статья не может описать всю науку, связанную с созданием самодельного генератора водорода.Он был написан, чтобы охватить самые основы этого компонента и дать вам краткое представление о том, как они работают и подключаются к транспортному средству. Я включил несколько ссылок ниже, которые следует просмотреть, прежде чем пытаться построить собственный генератор водорода.

И помните; будьте осторожны при их строительстве, потому что они могут взорваться!

Как работают водородные двигатели?

Может ли двигатель работать на водороде?

Абсолютно! Принцип работы современных водородных двигателей очень похож на работу двигателей, работающих на природном газе и бензине, по принципу работы и архитектуре.Они просто работают на водороде — безуглеродном топливе. И они соединены с газовыми баллонами высокого давления, которые являются безопасным и практичным способом хранения водорода на борту.

Жизнеспособны ли водородные двигатели?

С технической точки зрения водородные двигатели вполне жизнеспособны. Они работают, и они надежны. Они лишь незначительно отличаются от традиционных двигателей внутреннего сгорания, которые являются одними из самых надежных механических устройств, когда-либо созданных.

Более сложный вопрос: жизнеспособны ли автомобили с водородным двигателем? Ответ; это зависит.

В некоторых частях Калифорнии (США), Японии и Европы, где есть несколько десятков общедоступных заправочных станций, заправляющих водород, можно использовать личные автомобили, работающие на водороде. Однако в большинстве других мест дозаправка будет проблемой. Это делает водородные двигатели лишь умеренно пригодными для легковых автомобилей и внедорожников.

С другой стороны, коммерческие автомобили

гораздо лучше подходят для водородных двигателей. Это особенно верно для коммерческих транспортных средств, которые являются частью автопарка с центральной «базой», где может быть создана специальная точка заправки водородом.Транспортные средства, такие как мусоровозы, грузовики для доставки, автомобили аварийно-спасательных служб и многое другое, хорошо подходят. Это также относится к региональным и дальнемагистральным грузовикам, при условии, что несколько водородных заправочных станций построены вдоль избранных маршрутов доставки. Хотите узнать больше? Погрузитесь в примеры использования водородных двигателей в мобильности и транспорте.

Почему больше коммерческих автомобилей не оснащается водородными двигателями?

Многие операторы коммерческого флота ставят перед собой цели по сокращению своего углеродного следа в рамках своей более широкой стратегии устойчивого развития.Водородные двигатели могут внести значительный вклад в достижение этих целей в области устойчивого развития, однако широкого распространения водородных двигателей не наблюдается.

Одним из ключевых ограничений является отсутствие серийного производства водородных двигателей для коммерческого транспорта. Тем не менее, ситуация вот-вот изменится после недавнего объявления о том, что Werner Enterprises начнет проверку и интеграцию 15-литровых водородных двигателей внутреннего сгорания Cummins в свои автомобили.

Капитальные затраты на новые автомобили с водородными двигателями будут отличаться от автомобилей с дизельными двигателями; в то же время общие черты конструкции водородных и дизельных двигателей приведут к тому, что водородные двигатели станут доступными для технологии энергии с почти нулевым уровнем выбросов.

Готовность водородной инфраструктуры является еще одним ограничивающим фактором для некоторых коммерческих транспортных средств, но не для всех. Как упоминалось выше, водородные двигатели могут использоваться в некоторых коммерческих транспортных средствах. По мере того, как на наши дороги выходит все больше автомобилей с водородными двигателями, это также способствует развитию водородной инфраструктуры.

Наконец, эксплуатация автомобиля на водороде не обязательно будет стоить дешевле, чем эксплуатация того же автомобиля на бензине или дизельном топливе, по крайней мере, при отсутствии государственных стимулов.Это уравнение, однако, может измениться в ближайшие годы. Основной движущей силой этого изменения является набор новых правил, разработанных для ограничения выбросов CO 2 большегрузными и средними грузовиками в Европе, Китае и нескольких штатах США. Для производителей транспортных средств и операторов автопарков, на которых распространяются эти правила, переход на водородные двигатели вполне может оказаться наиболее экономичным способом достижения соответствия. Если это так, то в этом десятилетии на дорогах появятся водородные грузовики и другие транспортные средства.

Как долго служат водородные двигатели?

То же, что дизельный двигатель. Водородные двигатели работают по тому же циклу, что и дизельные двигатели и двигатели, работающие на природном газе, и имеют те же компоненты двигателя под головкой блока цилиндров, включая блок цилиндров, кривошип, шатуны и так далее.

Использование водорода в качестве топлива может привести к риску водородного охрупчивания и эрозии внутри двигателя. Cummins Inc. уже тестирует водородные двигатели, чтобы снизить любой из этих рисков; и мы будем делиться нашими выводами по ходу наших тестов.

Водородные двигатели могут свести выбросы углерода к почти нулевому уровню

На уровне выхлопной трубы или от бака до колеса водородные двигатели не выделяют CO 2 из водородного топлива. Это потому, что в водороде нет атома углерода. Между тем, водородные двигатели выделяют следовые количества CO 2 из-за смазки, используемой в работе двигателя, и того факта, что двигатель использует окружающий воздух для сгорания, содержащий CO 2 .

В целом углеродный след водородных двигателей зависит от того, откуда поступает водород.Если пять фунтов CO 2 выбрасываются в атмосферу каждый раз, когда производится один фунт водорода, то грузовые перевозки на водороде вряд ли можно назвать экологически чистым видом транспорта. К сожалению, так обстоит дело с большей частью водорода, производимого сегодня в промышленности. Большая часть его получается путем переработки метана, ископаемого топлива. Если, с другой стороны, зеленый водород производится путем электролиза с использованием электроэнергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками, такими как солнечные батареи или ветряные турбины, то возможны водородные двигатели с незначительными выбросами углерода.

Компания Cummins уже является пионером в производстве зеленого водорода благодаря инвестициям в производство электролизеров в Испании. Cummins также сотрудничает с Sinopec для исследования, разработки и производства электролизеров в Китае.

Однако водородные двигатели

выделяют некоторое количество NOx, как дизельные двигатели и двигатели, работающие на природном газе. Водородные двигатели требуют системы очистки выхлопных газов для удаления избытка NOx. В результате водородные двигатели будут сокращать выбросы NOx до чрезвычайно низкого уровня — даже ниже, чем требования правил EPA для дизельных двигателей в грузовых автомобилях сегодня.

Каковы запас хода и время наполнения бака водородного двигателя?

Зависит от размера и типа бака. Водород хранится в виде сжатого газа на транспортных средствах, содержащихся в сосудах под давлением с номинальным рабочим давлением 350 бар или 700 бар.

Возьмем бортовую систему хранения водорода, состоящую из топливных баков на 700 бар с общей полезной емкостью водорода 80 кг. Эта система позволит автомобилю проехать 500 миль до необходимости дозаправки.Заправка этого автомобиля займет около получаса.

Безопасны ли водородные двигатели, используемые в транспортных средствах?

Резервуары для водорода намного прочнее традиционных резервуаров для жидкого топлива или даже резервуаров для пропана. К ним также предъявляются строгие требования безопасности. Эти стандарты охватывают множество требований, таких как целостность после аварии, устойчивость к проникновению, устойчивость к высоким температурам и фактор безопасности при максимальном давлении, равный трем. Этот фактор безопасности означает, что резервуар для хранения, который планировалось использовать при максимальном рабочем давлении 700 бар, фактически рассчитан на уровень давления более 2100 бар.

Компания Cummins недавно создала совместное предприятие с ETC под названием NPROXX, лидера в области хранения и транспортировки водорода, для резервуаров для хранения водорода. Это совместное предприятие является лидером на европейском железнодорожном рынке и будет поставлять продукты для хранения водорода и сжатого природного газа для автомобильных и внедорожных приложений.

Где взять водород для заправки автомобилей?

Если ваш бизнес базируется в определенных частях Калифорнии (США), Европы или Японии, вы можете заправляться водородом на любой из нескольких десятков заправочных станций, оборудованных для выдачи водорода.

В противном случае вашим первым вариантом может быть работа со специализированным поставщиком водорода, который может установить базовую заправочную точку на территории вашего предприятия, а затем поставлять вам зеленый водород. Хотя этот тип услуг пока может быть доступен не везде, коммерческий зеленый водород — это быстрорастущая отрасль, к которой каждый день присоединяется все больше стартапов и крупных компаний.

Если ваш район не обслуживается поставщиками зеленого водорода, у вас также может быть возможность самостоятельно производить зеленый водород.Для этого электролиз и солнечная генерация или автономные решения по электролизу могут удовлетворить потребности широкого круга операторов автопарка.

Как работают топливные элементы в водородных автомобилях?

Около века назад количество автомобилей на Земле исчислялись тысячами. Сегодня насчитывается около миллиарда автомобилей — примерно по одному на каждые семь человек на планете, и ожидаемое число к 2040 году достигнет 2 млрд.Думайте о Земле как о гигантской заправочной станции только с ограниченным запасом топлива, и вы довольно быстро поймете что у нас проблема. Многие геологи думают, что мы достигли точки называют «нефтяным пиком», а в ближайшие десятилетия поставки бензина (и все остальное, сделанное из нефти) начнет истощаться. Если что произойдет, откуда все наши автомобили будут получать топливо? Краткосрочное решение — повысить эффективность использования топлива. из существующих автомобилей. В долгосрочной перспективе решение может заключаться в переводе автомобилей с бензиновых и дизельных двигателей на электрические топливные элементы, которые немного похожи на батареи, работающие на водороде газ, который никогда не иссякает.Бесшумные и не загрязняющие окружающую среду, они являются одними из самых чистых и экологичных источников энергии, которые когда-либо были разработаны. Они все, что они обещали быть? Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: демонстрационный автомобиль Ford Motor Company на водородных топливных элементах (модифицированный Ford Focus). Фотография предоставлена ​​Космическим центром Кеннеди НАСА (NASA-KSC).

Что такое топливные элементы?

Фото: Под капотом автомобиля Ford на водородных топливных элементах. Фото предоставлено Ford Motor Company и Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии.

На самом деле есть только два способа привести в действие современный автомобиль. Большинство автомобилей на дороги сегодня используют двигатель внутреннего сгорания сжигать топливо на нефтяной основе, вырабатывать тепло и толкать поршни вверх и вниз, чтобы управлять коробкой передач и колесами. Электрический автомобили работают совершенно по-другому. Вместо двигателя они полагаться на батареи, которые питают электричеством электродвигатели, непосредственно приводящие в движение колеса. Гибридные автомобили имеют оба двигатели внутреннего сгорания и электрические двигателей и переключаться между ними в соответствии с условиями вождения.

Топливные элементы немного похожи на нечто среднее между двигателем внутреннего сгорания мощность двигателя и аккумулятора. Подобно двигателю внутреннего сгорания, они производят мощность за счет использования топлива из бака (хотя топливо находится под давлением газообразный водород, а не бензин или дизельное топливо). Но, в отличие от двигателя, топливный элемент не сжигает водород. Вместо этого он слит химически с кислородом из воздуха, чтобы сделать воду. В процессе, что похоже на то, что происходит в батарее, электричество высвобождается и это используется для питания электродвигателя (или двигателей), который может управлять транспортное средство.Единственным отработанным продуктом является вода, и она настолько чиста, что вы можете выпей это!

Думайте о топливных элементах как о батареях, которые никогда не разряжаются. Вместо медленно истощая химические вещества внутри них (как это делают обычные батареи), топливные элементы работают на постоянной подаче водорода и продолжают производить электричество, пока есть топливо в баке.

Блоки топливных элементов

Один топливный элемент производит примерно столько же электроэнергии, сколько одна сухая батарея — далеко не достаточно для питания портативного компьютера, не говоря уже о машине.Вот почему топливные элементы, разработанные для транспортных средств, используют стеки. топливных элементов, соединенных в серию. Суммарная электроэнергия, которую они продукция равна количеству ячеек, умноженному на мощность каждой клетка производит.

Типы топливных элементов

Фото: Вот как на самом деле выглядит топливный элемент. Это типичный водородный топливный элемент с протонообменной мембраной (PEM), который может производить 5 киловатт (5000 Вт) энергии. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/National Лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE/NREL).

Топливные элементы PEM

(иногда называемые PEMFC) в настоящее время предпочитают инженеры для приведения в действие транспортных средств, но они ни в коем случае не возможен только дизайн. Поскольку существует много видов батарей, каждый с использованием различных химических реакций, поэтому существует много видов топлива ячейка тоже. Космические аппараты используют более примитивную конструкцию, называемую щелочной. топливный элемент (AFC), в то время как гораздо большее количество энергии может быть созданный альтернативной конструкцией, известной как твердый оксид топливная ячейка (ТОФК). Микробные топливные элементы обладают дополнительным особенность: они используют резервуар с бактериями для переваривания сахара, органических веществ или другого топлива и производить либо электрический ток (который можно использовать для питания двигатель) или водород (который может питать топливный элемент обычным способом).Другая возможность — иметь автомобиль с солнечной панелью на крыше, который использует электричество Солнца для расщепления воды на водород и кислород. электролизер (см. вставку ниже). Затем эти газы рекомбинируются в топливном элементе для производства электроэнергии. (Преимущество подобных действий по сравнению с прямым использованием солнечной энергии состоит в том, что вы можете накапливать водород в дневное время, когда светит солнце, а затем использовать его для вождения топливный элемент ночью.)

Откуда возьмется весь водород?

За последние 150 лет практически каждый автомобиль работать на жидкости, которую мы довольно ошибочно называем газом.Но в следующие 150 лет многие думают, что автомобили будут работать на настоящем газе: водород. Теоретически заправлять автомобили водородом — отличная идея: это самый простой способ и самый распространенный химический элемент, и он составляет подавляющее большинство (примерно три четверти) всего вещества во Вселенной. Тогда всего на всех! Но есть загвоздка: ковыряться в воздухе вокруг вас, и вы не найдете много водорода — всего около одного литр водорода на каждый миллион литров воздуха. (в натуральном выражении, это то же самое, что охотиться за двумя литрами воды наугад перепутал в каждом олимпийском бассейне полный).Так откуда же возьмутся все огромные облака водорода, чтобы управлять нашим глобальным автопарком? Нам нужно будет сделать его самим из воды, волшебного вещества, покрывающего 70 процентов поверхности Земли, частично состоящего из водорода. Разделив старый добрый h3O на части, вы получите h3 (водород) и O2 (кислород). Как ты делаешь это? С электролизером!

Почему топливные элементы так долго не приживаются?

Фото: Может пройти некоторое время, прежде чем подобные насосы для заправки водородом станут обычным явлением.Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

» В течение десятилетий водород был Дракулой автомобильного топлива: как только вы подумаете, что кол вбит в его сердце с нулевым уровнем выбросов, технология восстает из могилы.»

Лоуренс Ульрих
The New York Times, апрель 2015 г.

Люди провозглашают топливные элементы следующей большой силой поставки с 1960-х годов, когда космический корабль «Аполлон» ракеты первыми показали, что технология практична.Четыре десятилетия спустя, на наших улицах почти нет машин на топливных элементах — по разным причинам. причины. Во-первых, мир готовится к производству бензиновых двигателей путем миллион, так что они, естественно, намного дешевле, лучше протестированы и многое другое надежный. Обычный автомобиль можно купить за несколько тысяч долларов/фунтов, но до недавнего времени автомобиль на топливных элементах стоил бы вам сотни тысячи. («Относительно доступный» Mirai от Toyota стал широко доступен в 2016 году. по цене чуть менее 60 000 долларов США, что вдвое превышает цену его гибридного Prius.Отчасти поэтому некоторые автомобили на топливных элементах доступны только в лизинг. распоряжения. В то время, когда я обновляю эту статью, в 2021 году автомобиль Honda Clarity Fuel Cell можно арендовать за относительно скромные 379 долларов в месяц.) Стоимость не единственная проблема. Там также массивный нефтяная экономика для поддержки бензиновых двигателей: есть гаражи везде, где можно обслуживать бензиновые автомобили и заправочные станции повсюду, чтобы снабжать их топливом. Напротив, вряд ли кто ничего не знает о машинах на топливных элементах и ​​заправок практически нет станции подачи сжатого водорода.«Водородная экономика» — это далекая мечта.

Легко понять, как может работать мир, полный водородных автомобилей. У нас было бы много заводов по производству электролизеров повсюду, производящих газообразный водород из воды. Теперь газы занимают гораздо больше пространство, чем жидкости или твердые тела, поэтому нам нужно превратить водород газа в жидкий водород, что упрощает его транспортировку и хранение, путем сжатия его до высокого давления. Затем мы транспортировали водород на заправочные станции («водородные станции»?) где люди могли бы закачивать его в свои автомобили, которые будут работать на топливных элементах вместо обычных бензиновых двигателей.

Фото: Топливные элементы предназначены не только для автомобилей. Этот трактор работает одним. Фотография Кейта Випке предоставлена ​​Министерством энергетики США/Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (DOE/NREL) (номер фотографии NREL № 33995).

Беда с водородом

Но вы видите проблему? Производство водорода путем электролиза требует энергии, и довольно много: мы должны использовать электричество, чтобы расщепить воду. Если мы будем использовать обычные солнечные батареи для обеспечения этого электричества, их эффективность может составлять около 10 процентов. в то время как электролизер может быть эффективен на 75 процентов, давая жалкую общую эффективность всего в 7.5 процентов. Это очень плохое начало — и это всего лишь начало!

Мы также используем энергию для транспортировки водорода и его сжатия (превращая газообразный водород в жидкость), чтобы автомобили могли перевозить достаточное количество его в своих баках, чтобы поехать куда угодно. Это реальная проблема, потому что плотность энергии водород (количество энергии, которое он несет на единицу своего объема или массы) равен примерно в пять раз меньше бензина. Другими словами, вам нужно в пять раз больше, чтобы пройти так далеко. (при условии, что ваш водородный автомобиль тяжелее бензинового, что может быть не так, потому что бензиновым автомобилям нужны тяжелые двигатели и трансмиссии).Другая проблема заключается в том, что водород трудно хранить в течение длительного времени, потому что он чрезвычайно крошечные молекулы легко вытекают из большинства контейнеров, а поскольку водород легко воспламеняется, утечки могут вызвать ужасные взрывы.

И потом, конечно, все неэффективности на противоположном конце процесса, когда топливный элемент автомобиль превращает водород обратно в электричество для питания электродвигателей, приводящих в движение его колеса.

Водород не является топливом

» …водород — это раскрученный фургон… Водород — это не чудесный источник энергии; это просто энергоноситель, как аккумуляторная батарея. И это довольно неэффективная энергия перевозчик, с кучей практических дефектов.»

Профессор Дэвид Маккей
Устойчивая энергетика без горячего воздуха

Водород сам по себе не является топливом, а просто способом транспортировки топлива, полученного в результате какого-либо другого процесса. Так что лучше сравнивать с аккумуляторами (еще один способ упаковки и транспортировки энергии) чем к бензину (настоящему топливу).В общем, сегодняшние водородные автомобили значительно менее эффективны, чем лучшие электромобили, работающие от аккумуляторов, и часто менее эффективны, чем автомобили с бензиновым или дизельным двигателем!

На данный момент в мире относительно мало водорода для заправки автомобилей, и практически весь он (около 95 процентов) производится из ископаемого топлива экологически небезопасным способом, поэтому его вряд ли можно назвать «зеленым». По данным Международного энергетического агентства: «Спрос на водород, который вырос более чем в три раза с 1975 года, продолжает расти — почти полностью обеспечивается за счет ископаемого топлива, при этом 6% мирового природного газа и 2% мирового угля идет на производство водорода.» Есть много текущих исследований, чтобы изменить это, и есть множество способов получения водорода из воды. Мы могли бы, например, использовать солнечные элементы для «бесплатного» электролиза воды, но мы могли бы так же легко хранить ту же энергию в батареях и вместо этого использовать их для питания наших автомобилей. Автомобили на топливных элементах звучат многообещающе, но если автомобили с аккумуляторными батареями действительно лучше, водород может оказаться дорогостоящим отвлекающим фактором от важного дела по переходу мира с ископаемого топлива на возобновляемые источники энергии.

Суммируя все эти проблемы, можно объяснить, почему защитники аккумуляторных автомобилей, такие как Илон Маск из Tesla, любят высмеивать водородные автомобили как «автомобили с дурацкими ячейками», которые «невероятно глупы».

Но у водорода есть и свои плюсы!

Так почему же люди до сих пор гоняются за топливными элементами? Потому что, как утверждают их сторонники, они имеют многочисленные преимущества перед другими электроэнергетическими технологиями. Там, где зарядка автомобиля с батарейным питанием может занять от получаса до целой ночи, вы можете заправить водородный автомобиль всего за пять минут — так же быстро, как вы можете заполнить бензобак обычного автомобиля.Запас хода автомобилей с батарейным питанием также был предметом разногласий. Текущие модели теперь утверждают, что они могут проехать сотни километров или миль без подзарядки, но не все из них справляются с этим; это зависит от того, сколько энергии вы используете для других целей во время вождения; и диапазон страдает, когда ваша батарея стареет. Автомобили на топливных элементах, напротив, имеют почти такой же запас хода, как и обычные автомобили, работающие на бензине, хотя их производительность ухудшается с возрастом. В то время как аккумуляторные технологии, возможно, лучше всего работают в небольших автомобилях, топливные элементы одинаково хороши для более крупных транспортных средств и грузовиков.Действительно, Ballard, один из ведущих производителей топливных элементов, утверждает, что вскоре топливные элементы станут наиболее жизнеспособным решением для тяжелых транспортных средств, таких как грузовики, автобусы, поезда и даже самолеты, которые в противном случае работали бы на грязном ископаемом топливе. В Калифорнии в настоящее время предпринимаются огромные усилия, чтобы сделать водород более популярным.

Что угодно, кроме масла?

Таким образом, пока автопроизводители не прекратят выпуск бензиновых и дизельных двигателей, у автомобилистов будет мало или совсем не будет стимулов для перехода на автомобили на топливных элементах. Даже тогда, потому что конкурирующие аккумуляторно-электрические и гибридные технологии имеют огромную фору, автомобили на топливных элементах могут никогда не завоевать популярность.Большинство из нас пока будут придерживаться двигателей внутреннего сгорания, хотя заявление крупных автопроизводителей о том, что электромобили — это будущее, заставит нас изменить свой образ жизни где-то в следующем десятилетии. или так. Увидим ли мы прямой переход на электромобили с бортовыми аккумуляторами ты дома заряжаешь? Или, возможно, более плавный переход через гибридные автомобили с бензиновыми двигателями. и электродвигатели, которые продлят мировые запасы нефти на достаточно долгое время для нас придумать совершенно новую технологию — может быть, даже автомобили с ядерными двигателями! Никто не знает, что ждет нас в будущем, но одно можно сказать наверняка: нефть будет играть в нем гораздо меньшую роль.Чем раньше мы обнимемся альтернативы — аккумуляторные электромобили, биотопливо, топливные элементы или что-то еще — тем лучше.

Инженерная школа Массачусетского технологического института | » Можно ли переоборудовать традиционные автомобили с бензиновым двигателем для работы на водородных топливных элементах?

Можно ли переоборудовать традиционные автомобили с бензиновым двигателем для работы на водородных топливных элементах?

Да — но, вероятно, имеет смысл начать с автобусов и грузовиков дальнего следования, а не с легковых автомобилей…

Дженнифер Саттон

Прежде всего, говорит Джон Хейвуд, профессор машиностроения и директор Sloan Automotive Research Laboratory, давайте дадим определение слову «конвертировать».«Традиционный автомобиль можно переоборудовать новым двигателем на водородных топливных элементах, — говорит он, — но это слишком сложно и дорого, чтобы стоит затраченных усилий». «Единственные случаи, когда модернизация может иметь смысл, — это большие дизельные автомобили, такие как автобусы или дальнобойные грузовики», — говорит Хейвуд.

Но перспектива изменить нашу технологию бензиновых двигателей так, чтобы все больше и больше автомобилей работали на водородных топливных элементах, говорит он, более достижима. Однако не ищите их на дороге в ближайшее время.

Транспортные средства на водородных топливных элементах, эффективно работающие от аккумуляторов, питаемых водородом, а не от электросети.Топливный элемент преобразует водород и кислород воздуха в воду и в процессе вырабатывает электричество. Пока водород и кислород продолжают поступать в топливный элемент, он никогда не выйдет из строя. Водородные топливные элементы могут уменьшить вредные выбросы (в зависимости от того, как производится водород) и снизят зависимость США от иностранной нефти. Недостаток: чтобы вывести на дороги автомобили с водородным двигателем, говорит Хейвуд, мы должны изменить не только нашу автомобильную технологию, но и всю нашу систему подачи и распределения топлива.

Технология водородных топливных элементов существует уже много лет, но еще не прижилась на рынке. «Десять лет назад все внимание было приковано к водороду, а электричества едва ли было в списке», — говорит Хейвуд. По его словам, недавнее внедрение гибридов и автомобилей с батарейным питанием оказалось более успешным, в основном потому, что изменения, которые они представляют, могут происходить постепенно, без необходимости создавать совершенно новую систему хранения и доставки топлива. «Водород не умер, — говорит он.«Просто трудно думать о таком серьезном изменении».

Есть два способа сделать водородное топливо, один чистый, другой не очень чистый. Электролиз воды — отделение водорода от кислорода — не производит прямых выбросов, но этот процесс требует больше энергии, чем производит. Водород также получается в результате частичного сжигания газообразного метана и его реакции с паром, в результате чего полученный газ разделяется на кислород и водород. Другими словами, чтобы производить «чистое» водородное топливо, вам нужно начать с ископаемого топлива (угля или природного газа), которое связано с теми же старыми проблемами, наносящими ущерб климату.

«Критический вопрос заключается в том, как мы можем производить водород эффективными способами, которые также производят низкий уровень выбросов?» он говорит. «У нас много ископаемого топлива — больше, чем мы думаем. Так что мы можем продолжать быть плохими мальчиками и девочками, что не мотивирует нас вносить изменения».

Спасибо Джону Дагдейлу   из Атланты, Джорджия, за этот вопрос.

Опубликовано: 2 марта 2010 г.

Автомобили на водороде: Отсутствие загрязнения: Что мешает процветанию автомобилей с водородным двигателем

НЬЮ-ДЕЛИ: Водородные топливные элементы широко известны своей способностью сжигать и производить только воду в качестве остатка.Добавьте такие факторы, как их способность быстро перезаряжаться и количество вырабатываемой энергии, и вы получите идеальную альтернативу ископаемому топливу.
Как именно работает транспортное средство, работающее на водородных топливных элементах? Пришло время для урока науки.
Водород реагирует с кислородом. Эта реакция производит электричество, которое приводит в действие электродвигатель автомобиля. Двигатель вырабатывает энергию с помощью этой реакции, также называемой сгоранием водорода. Процесс осуществляется с помощью систем подачи топлива и впрыска.Сжигая лишь немного моторного масла, как и в бензиновом двигателе, водород обеспечивает нулевые выбросы при использовании.


Водород – легкодоступное и возобновляемое топливо. Не нужно создавать огромные нефтеперерабатывающие заводы, чтобы добывать его с поверхности земли. Это топливо, которое при сгорании производит только воду и не наносит вреда окружающей среде.
Количество энергии, которое может производить водородное топливо, намного больше, чем его эквивалент в других видах топлива.Гораздо более быстрое время зарядки по сравнению с электромобилями менее чем за 5 минут. Почти так же быстро, как заправить автомобиль, работающий на ископаемом топливе, и при этом намного чище.
Как и электромобили, водородные автомобили бесшумны, поскольку у них нет двигателя внутреннего сгорания. Они как электромобили, которые заряжаются быстрее. В отличие от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, которые выделяют дым, автомобили на водородных топливных элементах не загрязняют окружающую среду.
Учитывая столь впечатляющий список преимуществ, можно подумать, что будущее за водородными автомобилями.Так почему же не так много поклонников этой технологии? Почему многие известные автопроизводители отказались инвестировать в этот вид топлива?
Технология водородных топливных элементов полна сложностей. Водород трудно извлечь. Он не существует сам по себе и должен быть извлечен из воды с помощью электролиза, что само по себе является сложным процессом.
Энергия нуждается в огромных инвестициях и политической поддержке, чтобы стать жизнеспособным источником энергии. Без него невозможно создать надлежащую инфраструктуру для использования водорода в качестве топлива.
Сырье, используемое для производства водородного топлива, может быть очень дорогим. Сам электролиз использует определенные специальные металлы для извлечения водорода из воды, что является дорогостоящим.
Водород сталкивается с ограничениями, установленными правилами различных стран. Если с ними не разобраться, Hydrogen продолжит страдать от участи электромобилей в первые дни своего существования.
Хранение водородных топливных элементов намного сложнее и дороже, чем другие виды топлива. Это увеличивает общую стоимость продукции и повышает цены для автопроизводителей.
Топливный элемент может быть опасен из-за своей легковоспламеняющейся природы. Это делает опасным топливо для автомобиля в случае его аварии.
И последнее, но не менее важное: цена. Не говоря уже о двигателях внутреннего сгорания, автомобили с водородным двигателем значительно дороже электромобилей, почти вдвое дороже запрашиваемой цены. Например, Kona EV в Европе стоит от 34 600 евро, что почти вдвое меньше Nexo, который обойдется вам минимум в 69 000 евро.

Водородные топливные элементы: есть ли будущее у водородных автомобилей?

В то время как продажи аккумуляторных электромобилей быстро растут, и многие считают их будущим автомобилестроения без вредных выбросов, водородным автомобилям все еще не уделяется должного внимания.Хотя в Великобритании продаются автомобили с водородным двигателем, в настоящее время очень немногие люди покупают или даже рассматривают их. Так действительно ли у автомобилей на водородных топливных элементах есть будущее?

Автопроизводители уже несколько лет экспериментируют с технологией водородных топливных элементов, пытаясь найти формулу использования самого распространенного ресурса во Вселенной для питания автомобилей. Хотя прогресс был достигнут, он был очень медленным по сравнению с аккумуляторными электромобилями.

На момент написания статьи в продаже было только два основных автомобиля с водородным двигателем: Toyota Mirai и Hyundai Nexo.Тем не менее, подтверждено, что на подходе появится больше автомобилей и фургонов с водородным двигателем, и такие бренды, как BMW, Land Rover и Vauxhall, планируют новые модели в течение следующих пяти лет.

Поскольку заправка автомобиля водородом очень похожа на заправку бензином или дизельным топливом, она также выполняется почти так же быстро — заправка бака занимает около 5 минут. Это, несомненно, преимущество перед долгим временем ожидания при зарядке электромобиля.

Однако одной из основных причин медленного внедрения водородных транспортных средств является существующая инфраструктура.По данным UK h3 Mobility, в настоящее время в Великобритании открыто 11 водородных станций. Это, очевидно, намного меньше, чем количество заправочных станций и общественных пунктов зарядки электромобилей, но планируется увеличить количество заправочных станций. Однако на данный момент отсутствие заправочной станции поблизости для многих явно нецелесообразно.

Это, наряду с несколькими другими производственными препятствиями, по-видимому, преодолевается, и все еще существует реальный шанс, что водород может стать гораздо более популярным топливом в ближайшем будущем.

Как работают водородные автомобили?

Один из аргументов, который иногда приводится против водородных транспортных средств, заключается в том, что они менее эффективны, чем электромобили. Поскольку водород не встречается в природе, его необходимо извлекать, а затем сжимать в топливных баках. Затем он должен смешаться с кислородом в стеке топливных элементов, чтобы создать электричество для питания двигателей автомобиля. Циники указывают на потерю эффективности в этом процессе по сравнению с электромобилем, в котором электричество поступает прямо от аккумуляторной батареи, заряжаемой от сети.

В какой-то степени это правда, но вряд ли водородные автомобили заменят электромобили. Вместо этого водород предназначен для дополнения чистой электроэнергии, и для этого есть веская причина: это самое чистое топливо из всех возможных.

Производство литий-ионных аккумуляторов для электромобилей очень энергоемко, при добыче лития выделяется несколько тонн CO2. Если вы примете это во внимание, а также заряжаете аккумулятор от чего-либо, кроме источника с нулевым уровнем выбросов в течение всего срока службы, электромобиль все равно способствует определенному количеству выбросов CO2, даже если это не связано с выхлопными газами.

Конечно, если батарея электромобиля производится с использованием материалов, полученных ответственным образом, и возобновляемых источников энергии, это помогает еще больше снизить общие выбросы.

Нужно продать машину?

Найдите лучшее предложение от более чем 4000 дилеров и продайте на сумму до 1000 фунтов стерлингов больше. Это так просто.

Оценка «Отлично» Trustpilot

Для сравнения, у современных водородных автомобилей выбросы в течение жизненного цикла не ниже, чем у EVS. Недавнее исследование показало, что автомобиль, работающий на водороде, выбрасывает около 120 г/км CO2 в течение всего срока службы, но этот показатель можно значительно снизить, если водород будет производиться из возобновляемых источников энергии.

Обычный метод производства водорода включает его отделение от природного газа с использованием процесса, называемого паровой конверсией метана. Также ведутся работы по получению водорода из биомассы, что значительно сократит выбросы водорода в течение жизненного цикла примерно до 60 г/км CO2. Это ниже уровня, которого смогут достичь электромобили, даже если электроэнергия будет получена из возобновляемых источников, из-за экологических издержек производства аккумуляторов.

Какое будущее у водородных автомобилей?

Для действительно устойчивой мобильности водород — это топливо, которое нельзя игнорировать.Он также рассматривается как потенциальная альтернатива для заправки большегрузных автомобилей, где электрические грузовики ограничены емкостью аккумуляторов и вынуждены подзаряжаться от электросети. Однако самым большим недостатком является то, что на создание полной инфраструктуры заправки водородом, где газ производится, а затем транспортируется на станции, потребуются миллиарды фунтов стерлингов и несколько лет.

Ключ к поощрению водородных автомобилей заключается в том, чтобы сделать их частью более широкой «водородной экономики» — строительство заправочных станций только для водородных автомобилей было бы неэффективным.Вместо этого, в идеале, весь энергетический сектор должен включать водород в смесь, от заправки автомобилей до хранения энергии для домов.

Еще одно преимущество водорода заключается в том, что его потенциально можно производить на месте, а не транспортировать как топливо или подавать по сети, как электричество.

Но даже при наличии водородной инфраструктуры, будь то местная или общенациональная, транспортные средства на водороде по-прежнему сталкиваются с проблемой затрат. Toyota Mirai продается по цене от 54 000 фунтов стерлингов. Это дорого для любого автомобиля, но, как и в случае с электромобилями, по мере совершенствования технологии и ее распространения цены должны начать падать.

В отношении водорода по-прежнему много «если», но сегодня их гораздо меньше, чем десять лет назад.

Водород не единственная альтернатива электроэнергии, щелчке здесь , чтобы узнать больше о синтетическое топливо .

Несколько японских производителей автомобилей расширяют использование двигателей внутреннего сгорания на водороде

Subaru, Mazda, Toyota, Kawasaki и Yamaha недавно объявили о совместных усилиях по расширению использования альтернативных топливных технологий, включая двигатели внутреннего сгорания на водороде.

Усилия основаны на использовании Toyota водородных двигателей в гонках. Автопроизводитель ранее представил хэтчбек Corolla Sport с водородным двигателем (разработанный с помощью Yamaha) в японской серии Super Taikyu. Согласно пресс-релизу, водород будет поставляться с нового предприятия в городе Фукуока, Япония, которое будет производить водород из биогаза сточных вод.

Вскоре к водородному гоночному автомобилю присоединятся другие, работающие на другом топливе. Mazda представит хэтчбек Demio, работающий на биодизельном топливе, а модифицированные версии спортивных автомобилей-близнецов Subaru BRZ и Toyota GR 86 будут использовать синтетическое топливо, полученное из биомассы.

Город Фукуока, Япония, водородный завод

Тем временем Kawasaki и Yamaha изучат совместные исследования водородных двигателей внутреннего сгорания как для двухколесных, так и для четырехколесных транспортных средств. Две компании, наряду с Honda и Suzuki, уже объединились для замены аккумуляторов электрических мотоциклов.

Honda заметно отсутствует в этом соглашении, хотя она была основным сторонником легковых автомобилей на водородных топливных элементах. Nissan и его союзник Mitsubishi также отсутствуют, хотя ни один из автопроизводителей не проявляет особого интереса к водороду ни для топливных элементов, ни для двигателей внутреннего сгорания.

Сжигание водорода в двигателе внутреннего сгорания вместо бензина или дизельного топлива не является новой идеей. BMW когда-то производила Hydrogen 7, версию своего флагмана 7-й серии с водородным двигателем внутреннего сгорания V-12. Но в последнее время эта идея, кажется, вызывает больший интерес.

Toyota водородный двигатель

Китайский автопроизводитель GAC также недавно объявил, что тестирует двигатель внутреннего сгорания на водороде, хотя неясно, будет ли двигатель запущен в производство. Даже если это произойдет, ранее обсуждавшиеся планы GAC по выходу на рынок США были отложены на неопределенный срок.

Стоит отметить, что внутреннее сгорание водорода связано со многими проблемами, в том числе с хранением достаточного количества водорода на борту автомобиля для достижения достаточного запаса хода. Сжигание водорода по-прежнему приводит к выбросам выхлопных газов, и автопроизводители сталкиваются с теми же проблемами инфраструктуры, что и автомобили на топливных элементах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.