Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель — как работает двигатель и какие есть недостатки

Содержание

есть ли у них будущее

Загрязнение атмосферы вызывает серьезную озабоченность общественности, организаций по защите окружающей среды. Реальной альтернативой ДВС являются водородные транспортные средства и автомобили на электротяге.

Электричество или водород

В настоящее время существует актуальная проблема, которая заключается в том, что 60% электроэнергии, потребляемой во всем мире, производится на тепловых электростанциях. Для того чтобы обеспечить возросший спрос на электричество, придется сжигать углеводороды в еще больших количествах. Даже при полной замене ДВС электродвигателями произойдет перераспределение вредных выбросов, уменьшение будет не столь значительным. Концентрация CO2 в воздухе снизится в мегаполисах, но возрастет в местах расположения ТЭС. Кроме того, автомобиль не единственный источник загрязнения окружающей среды: об электрических кораблях, самолетах пока не идет даже речи.

Водородная энергетика в этом смысле предпочтительнее.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

Добыча водорода сопровождается микроскопическими, по сравнению со сжиганием углеводородов, выбросами токсичных веществ. Выхлоп автомобиля на водороде на 99,99% состоит из чистого водяного пара, безвредного для окружающей среды. Но тут возникают другие проблемы, которые носят экономический, технологический, инфраструктурный характер.

Как устроен водородный двигатель

Разработаны два вида двигателей работающих на водороде:

  • обычный ДВС, где вместо бензина используется водород;
  • с применением топливных элементов.

В первом случае используется все тот же двигатель внутреннего сгорания. Инженерные решения направлены на оптимизацию горения смеси водорода с воздухом, разработку системы питания и снижение взрывоопасности. Данная концепция распространения не получила. Водород, который отличается высокой чистотой, в камере сгорания контактирует с маслом. Поэтому отработанные газы, пусть в значительно меньшем количестве, но содержат токсичные компоненты.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

Помимо этого, эксплуатация таких автомобилей небезопасна, требует значительных затрат.

При использовании топливных элементов транспортное средство, которое приводится в движение водородным двигателем, принципиально является тем же электромобилем. Разница в том, что на чистой электротяге батарея заряжается от внешних источников, а в водородном автомобиле электроэнергия непрерывно черпается из топливных элементов.

Они состоят из двух камер, одна из которых является анодом, а другая катодом. Между ними находится мембрана. Все компоненты покрыты дорогостоящими редкоземельными металлами, играющими роль катализатора. В результате реакции гидролиза водород, находящийся в анодной камере, соединяясь с кислородом из атмосферного воздуха в катоде, превращается в водяной пар. Процесс сопровождается выделением свободных электронов, которые поступают в электрическую сеть автомобиля.

Такая схема значительно эффективнее, практически отсутствуют вредные выхлопы.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Львиная доля усилий конструкторов направлена на развитие двигателей на топливных элементах.

Преимущества и недостатки водородных двигателей

Достоинства и недостатки силовых агрегатов с топливными элементами вытекают из особенностей водорода как топлива, технического уровня двигателей. Факторы, считающиеся безоговорочным достоинствами:

  • простота конструкции, соответственно, надежность;
  • КПД, превышающий таковой у бензинового двигателя, но уступающий электрическому;
  • отсутствие каких-либо шумов;
  • почти полное отсутствие вредных выбросов;
  • высокая мощность двигателей;
приемлемая автономность: современные водородные автомобили способны преодолевать на одной заправке до 500 километров.

Среди недостатков можно выделить следующие:

  • увеличенная масса автомобиля;
  • взрывоопасность водорода, которая резко повышается при наличии неисправностей в двигателе;
  • высокая стоимость эксплуатации автомобиля.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

Реальная эксплуатация показывает, что километр пути на автомобиле с водородным двигателем обходится минимум на 50% дороже, по сравнению с бензиновым ДВС. Расход водорода в несколько раз меньше, чем бензина, но все перекрывает его цена.

В этом кроется главная проблема водородной энергетики. В виде соединений с другими веществами запасы h3 на Земле безграничны, но в чистом виде его почти нет. Для его получения используется сложная технология. К этому добавляются проблемы хранения, транспортировки, создания инфраструктуры.

Перспективы водородных автомобилей

Для того чтобы полноценно осветить на этот вопрос, необходимо точно знать цель, с которой бензиновый двигатель пытаются заменить водородным. Если речь идет о внедрении технически более совершенного двигателя, то в этом ракурсе перспективы водородоавтомобилей почти такие же, как и у бензиновых агрегатов, немного выше. ДВС, как бы он не совершенствовался, имеет принципиальное ограничение: низкий коэффициент полезного действия.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

Водородный двигатель в этом смысле предпочтительнее, но уступает электромобилям. С другой стороны, обогреть салон чистым электричеством, без снижения автономности, невозможно: запас на автомобиле ограничен. Водородные двигатели таких проблем не знают: при гидролизе выделяется тепло.

Если приоритетом является экология, здесь водородный двигатель имеет приоритет перед остальными. Но не все так однозначно. Современные технологии добычи водорода находятся на таком уровне развития, что дешевле всего получать h3 путем сжигания газа или угля. При этом выделяется углекислый газ, для борьбы с которым и внедряют водородный автомобиль. Экологически чистые способы добычи водорода не обладают достаточной производительностью, значительно повышают его стоимость, которая и так немаленькая.

Если удастся разработать экономичную, производительную, экологически чистую технологию добычи водорода, автомобиль на таком топливе, без сомнения, получит широкое распространение.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки По эксплуатационным характеристикам он уже сейчас превосходит ДВС.

По сравнению с электрическим у водородного двигателя существует ключевое преимущество: на заправку водородом потребуется около 5 минут, тогда как зарядка батареи на специальных станциях занимает несколько часов.

Как работает водородный двигатель на автомобиле. Перспективы использования водородного двигателя. Тенденция создания заправочных водородных станций

С экранов телевизоров нам заявляют, что количество нефти стремительно уменьшается, и вскоре бензиновые машины отойдут в далёкое прошлое. Вот только это не совсем верно.

Действительно, количество разведанных запасов нефти не очень велико. В зависимости от степени потребления их может хватить на период от 50 до 200 лет. Но в этой статистике не учитываются до сих пор неразведанные места нефтедобычи.

В действительности нефти на нашей планете более чем достаточно. Другой вопрос, что сложность её добычи постоянно возрастает, а значит, растёт и цена.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки К тому же нельзя списывать со счетов экологический фактор. Выхлопные газы сильно загрязняют среду и с этим нужно что-то делать.

Современная наука создала множество альтернативных источников энергии вплоть до двигателя ядерного распада в ваших машинах. Но большинство из этих технологий пока что представляют собой концепты без возможности реального применения. По крайней мере, так было до недавнего времени.

С каждым годом машиностроительные компании выпускают всё больше машин, работающих на альтернативных источниках питания. Одним из самых эффективных решений в данном контексте является водородный двигатель от бренда «Тойота». Он позволяет полностью забыть про бензин, делая автомобиль экологичным и дешёвым транспортом.

Водородные двигатели

Типы водородных двигателей и их описание

Наука непрерывно развивается. Каждый день придумываются новые концепты. Но только лучшие из них воплощаются в жизнь. Сейчас существует всего два типа водородных двигателей, которые могут быть рентабельными и производительными.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

Первый тип водородного двигателя работает на топливных элементах. К сожалению, водородные двигатели данного типа до сих пор имеют высокую стоимость. Дело в том, что в конструкции содержаться дорогие материалы вроде платины.

Ко второму типу относятся водородные двигатели внутреннего сгорания. Принцип работы таких устройств сильно напоминает пропановые модели. Именно поэтому их часто перенастраивают для работы под водород. К сожалению, КПД подобных устройств на порядок ниже тех, что функционируют на топливных элементах.

На данный момент тяжело сказать, какая из двух технологий по созданию водородных двигателей победит. У каждой есть свои плюсы и минусы. В любом случае работы в данном направлении не прекращаются. Поэтому, вполне возможно, что к 2030 году машину с водородным двигателем можно будет купить в любом автосалоне.

Принцип работы

Водородный двигатель работает на основе принципа электролиза. Данный процесс происходит в воде под воздействием специального катализатора.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

В результате выделяется гидроген. Его химическая формула следующая — ННО. Газ не обладает взрывоопасными качествами.

Важно! Внутри специальных ёмкостей газ смешивается с топливно-воздушной смесью.

В состав генератора входит электролизер и резервуар. За процесс генерации газа отвечает модулятор тока. Для обеспечения наилучших результатов в инжекторных водородных двигателях устанавливается оптимизатор. Это устройство отвечает за регулирование соотношения топливно-воздушной смеси и газа Брауна.

Характеристики катализаторов

Катализаторы, используемые для создания нужной реакции в водородном двигателе, могут быть трёх видов:

  1. Цилиндрические банки. Это самая простая конструкция, работающая на довольно примитивной системе управления. Производительность водородного двигателя, работающего с данным катализатором, не превышает 0,7 литра газа в минуту. Такие системы могут использоваться на машинах с водородным двигателем объёмом до полутора литра. Увеличение числа банок позволяет превысить данный лимит.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки
  2. Раздельные ячейки. Считается, что именно такой тип катализатора является наиболее эффективным. Производительность системы составляет более двух литров газа в минуту, КПД — максимальный.
  3. Открытые пластины или сухой катализатор. Данная система рассчитана на длительный срок работы. Производительность колеблется в диапазоне от одного до двух литров газа в минуту. Открытое расположение обеспечивает максимально эффективное охлаждение.

Эффективность водородных двигателей с каждым годом растёт. Сейчас начинают вводиться в эксплуатации гибридные устройства, функционирующие на водороде и бензине. В свою очередь, конструкторы не прекращают искать наиболее эффективной модели катализатора, обеспечивающей ещё большую производительность.

Водородный двигатель своими руками

Генератор

Чтобы создать эффективный водородный двигатель для автомобиля своими руками, нужно начать с генератора. Самый простой самодельный генератор — это герметичная ёмкость с жидкостью, в которую погружаются электроды.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Для такого устройства достаточно источника питания в 12 В.

Штуцер устанавливается на крышке конструкции. Он отводит смесь водорода с кислородом. Собственно, это и есть основа генератора для водородного двигателя, которая подключается к ДВС.

Чтобы создать полноценную систему также понадобится дополнительный накопитель и аккумулятор. В качестве корпуса лучше всего использовать водопроводный фильтр или же можно купить специальную установку. В последней применяются цилиндрические электроды повышенной производительности.

Как видите, выделить нужный газ для реакции не так-то уж и сложно. Намного сложнее произвести его в нужном для водородного двигателя количестве. Чтоб повысить эффективность необходимо использовать электроды из меди. В крайнем случае подойдёт и нержавейка.

В ходе реакции ток должен подаваться с разной силой. Поэтому без электронного блока не обойтись. К тому же в резервуаре всегда должно быть определённое количество воды, чтобы реакция проходила в нормальных условиях.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Система автоматической подпитки в водородном двигателе решает эту проблему. Интенсивность электролиза обеспечивает достаточное количество соли.

Важно! Если вода дистиллированная, электролиза не будет вовсе.

Чтобы сделать воду для водородного двигателя необходимо взять 10 литров жидкости и добавить столовую ложку гидроксида.

Устройство водородного двигателя

В первую очередь нужно позаботиться о дополнительных резервуарах и трубопроводе. Водородный двигатель нуждается в датчике уровня воды, который устанавливается в середине крышки. Это предотвратит ложное срабатывание при движении вверх-вниз. Именно он будет давать команду системе автоматической подпитки, когда это понадобится.

Особую роль играет датчик давления. Он включается на показателе в 40 psi. Как только внутреннее давление достигнет показателя в 45 psi, подкачка отключается. При превышении 50 psi сработает предохранитель.

Предохранитель водородного двигателя должен состоять из двух частей: вентиля аварийного сброса и разрывного диска.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Разрывной диск активируется, когда давление достигает 60 psi, не нанося никакого вреда системе.

Для отвода тепла нужно использовать самую холодную свечу. Не подходят свечи с платиновыми наконечниками. Платина — отличный катализатор для реакции водорода и кислорода.

Важно! Уделите особое внимание созданию вентиляции картера водородного двигателя.

Электрическая часть

Важную роль в электрической схеме водородного двигателя играет таймер 555. Он выполняет роль импульсного генератора. Мало того, с его помощью можно регулировать частоту и ширину импульса.

Важно! Таймер имеет три частотных диапазона. Сопротивление резисторов в пределах 100 Ом. Подключение происходит параллельно.

В плате водородного двигателя должно быть два импульсных таймера 555. При этом первый должен иметь конденсаторы большей ёмкости. Выход с ноги 3 поступает на второй генератор. Он его собственно и включает.

Третий выход второго таймера импульсного водородного генератора подключается к резисторам на 220 и 820 Ом.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Транзистор усиливает ток до нужной величины. За его защиту отвечает диод 1N4007. Это обеспечивает нормальную работу всей системы.

Итоги

Сейчас водородный двигатель уже не плод фантазии учёных, а вполне реальная разработка, которую можно сделать самостоятельно. Конечно, по характеристикам подобный агрегат будет уступать заводской модели. Но экономия для ДВС всё равно будет заметной.

Водородные двигатели не просто помогают сократить потребление бензина, но и являются полностью безопасными для окружающей среды. Именно поэтому уже в первом квартале продажи водородного автомобиля марки «Тойота» побили все рекорды в Японии.

Автопроизводители делают все возможное для того, чтобы предложить нам экологически чистые транспортные средства. В это время мировые запасы нефти сокращаются, и опасения по поводу последствий глобального потепления остаются актуальными. В результате этого начали появляться интересные технологии производства двигателей. Сначала это были гибридные автомобили с бензиновыми и электрическими моторами.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Потом появились полностью электрические автомобили, такие как Nissan Leaf и Tesla Model S. А последней новинкой в этом направлении стали водородные автомобили.

Водород – это доступный и возобновляемый источник энергии. На сегодняшний день существует лишь два таких серийных автомобиля от известных компаний – Toyota Mirai и Hyundai ix35 Fuel Cell. Мы решили рассказать вам о 10 вещах, которые вы должны знать о машинах, работающих на водороде.

1. Мощность = вода

У Hyundai ix35 Fuel Cell нет традиционного двигателя под капотом. Его место занимает топливный элемент, как следует из названия кроссовера. Он получает кислород из воздуха снаружи автомобиля и водород из бака в автомобиле, в результате чего происходит химическая реакция, необходимая для получения электродов, питающих автомобиль. Единственный производственный отход – h3O, то есть, вода.

Интересует мощность? Проверьте! Нулевые выбросы? Да, это реальность!

2. Они бесшумны… почти

Сядьте в автомобиль на водороде, включите зажигание (простым нажатием кнопки в случае с Hyundai), и вы не услышите ничего.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Как и в электрокарах, в таких машинах отсутствует звук работы двигателя. Ну, почти отсутствует.

Если выйти из автомобиля, находясь на сравнительно тихой улице, вы услышите минимальный гул топливного элемента, который выполняет свою работу. В условиях городского трафика этот звук вообще невозможно заметить. Во время движения вы будете слышать только привычный шум колес. Нажимая педаль акселератора, вы ничего не услышите, но зато почувствуете реальную мощность.

3. Едь, едь, едь

Все это может казаться слишком хорошим, чтобы быть правдой. Может возникать вопрос о том, чем придётся пожертвовать владельцам водородных авто. Некоторые люди думают, что мощность – слабое место таких машин. Но стоит лишь нажать педаль газа и результат вас явно не разочарует.

Hyundai ix35 Fuel Cell – это переднеприводный кроссовер, поэтому разрабатывался он явно не для установки скоростных рекордов. Но нажатие на педаль акселератора оставляет исключительно положительные впечатления – тело начинает приятно прижиматься к сиденью.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

4. Здесь тоже есть аккумулятор

Сам автомобиль работает на газе, но и аккумуляторная батарея в нем установлена. Она необходима для запуска и начального ускорения, так как есть небольшая (меньше 1 секунды) задержка между нажатием на педаль и получением необходимой отдачи топливного элемента.

Подзарядка аккумулятора происходит с помощью кинетической энергии, вырабатываемой при торможении.

5.Нет тахометра, только мощность

В водородных машинах нет двигателя внутреннего сгорания и традиционной коробки передач. Здесь используется нечто похожее на автоматическую трансмиссию. Поэтому вместо привычного для всех нас тахометра на панели приборов установлена шкала мощности.

Да, мощность! Чем сильнее вы нажимаете на педаль акселератора, тем выше будет подниматься стрелка на шкале мощности. Выглядит немного глупо, но забавно! Просто смотрите на эту часть приборного щитка, нажимая на педаль, и наслаждайтесь.

6. Автономность

Одна из самых существенных проблем, с которой сталкиваются владельцы электрокаров, заключается в ограниченном пробеге на одном заряде аккумуляторов.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки В этом плане автомобили с традиционными ДВС более конкурентоспособны.

Но в случае с водородными автомобилями все не так плохо. Вам не придётся делать много остановок для дозаправки во время длительных поездок. Так, Toyota Mirai сможет проехать без дозаправки около 500 километров, а вот Hyundai утверждает, что ix35 Fuel Cell преодолеет на одном баке водорода до 594 км. А это очень и очень хороший показатель для экологически чистого автомобиля!

7. Заправка – быстро, но очень проблематично

Процесс дозаправки происходит как и в обычных автомобилях – надо открыть лючок топливного бака и вставить специальный «пистолет» для заправки бака водородом. Примечательно, что заполнить бак можно лишь за 3-5 минут (в зависимости от объема), а это гораздо быстрее, чем даже самая быстрая зарядка электрического автомобиля (примерно полчаса).

Это более удобно, но есть одна очень и очень большая проблема: найти заправку, где продается водород сегодня практически нереально.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Например, даже в Великобритании работает лишь 4 общественные станции, предназначенные для заправки водородных транспортных средств.

По прогнозам, в Великобритании количество таких заправок до 2020 года увеличится до 65, но даже в столь развитой стране это будет очень маленькая сеть. На сегодняшний день в Великобритании работает свыше 8000 обычных АЗС. Ни о каком сравнении не может быть и речи. Чего уж говорить о России…

8. Информационно-развлекательная система

Может казаться, что машина на водороде не может быть очень мощной, но не волнуйтесь – мощности вполне достаточно и для быстрого разгона, и для проигрывания ваших любимых аудио- и видеоматериалов.

Как и в обычном автомобиле, в салоне водородных “железных коней” есть полноценный набор современной электроники. Климат-контроль, синхронизация со смартфоном по Bluetooth, навигация, парковочные датчики, круиз-контроль, камера заднего вида – всё это можно установить в такую машину.

9. Только четыре колеса

Четыре колеса – стандартная характеристика каждого автомобиля.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Но о нише для запаски придётся забыть, ведь всё пространство «съел» топливный бак. Емкость для хранения водорода занимает много места, поэтому придётся или учиться пользоваться ремонтным комплектом или возить в багажном отделении запаску в чехле. Скорее всего, оптимальным решением станет покупка подходящей «докатки».

10. Это не дешево… пока

Как уже упоминалось ранее, сегодня на рынке есть только два серийных автомобиля на водороде – Toyota Mirai и Hyundai ix35 Fuel Cell. В Европе цена «корейца» составляет примерно 76 000 долларов, а вот за модель Toyota придётся выложить примерно 57 500 долларов.

Это совсем недешево, особенно учитывая столь ограниченное количество мест, где можно заправить такой автомобиль. Hyundai отмечает, что планирует выпустить более компактную модель с такой силовой установкой. Скорее всего, она будет отличаться более доступной ценой. Да и другие автомобильные производители серьезно взялись за изучение новой технологии.

А что вы думаете о водородных машинах? Есть ли у них будущее в мире и на российских дорогах в частности?

Уже мало кто будет отрицать перспективу использовать водород, как топливо для автомобилей, хотя бы как топливо переходного периода.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Ведь водород, во-первых является абсолютно экологически чистым топливом, а во-вторых его запасы практически неограничены, неисчерпаемы и возобновляемы. То есть водород можно добывать в любом месте, где есть мощные источники энергии. Многие из наших читателей безусловно будут нам возражать, говоря о том, что водород и водородное топливо, это совсем не то, к чему нужно стремиться. Отчасти согласимся с этим утверждением. Действительно, водород, это не совсем то топливо на котором хотелось бы видеть автомобили будущего. Но с другой стороны, при всем при этом, это очень большой шаг вперед и вполне достойная замена нынешнему бензину и тем более дизельному топливу. Но переход на водород задерживает прежде всего информационная подоплека. Ведь в учебниках и с экранов телевизоров, нам постоянно твердят, что водород, является взрывоопасным веществом, а главное для работы на водороде нужны специальные двигатели, которые нужно очень долго придумывать, испытывать и т.д. Мы не будем списывать все эти суждения на всемирные заговоры, так как большинство подобных рассуждений может быть связано с обычным невежеством, что в данном случае вполне простительно, так как найти достоверную информацию по этому поводу очень тяжело.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

Поэтому нелишним будет повторить, что положительные опыты запуска обычных двигателей внутреннего сгорания без всяких переделок, были успешно проведены еще во время второй мировой войны, при защите Ленинграда.

Но одно дело, если это кто-то и где-то сделал, а другое дело это увидеть собственными глазами и иметь повторяемую и простую методику запуска обычных двигателей внутреннего сгорания на водороде без всякой переделки и доработки ДВС или, по крайней мере, с минимальными доработками двигателя. С удовольствием делимся с Вами положительным опытом запуска совершенно обычного двигателя внутреннего сгорания на таком же совершенно обычном промышленном водороде!

Ну вот видите!? Все можно проверить самостоятельно, без дорогущей лаборатории, миллионного финансирования и прочих «мешающих» факторов!

Ну а теперь давайте попробуем вместе ответить на следующие вопросы:

— Расход водорода по сравнению с бензином, как обстоят дела на практике?

— Негативные моменты использования водорода вместо топлива, есть ли такие?

— Оптимизация двигателя внутреннего сгорания для работы на водороде.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

Мы будем очень рады услышать и тем более увидеть Ваши комментарии и видео. Но так как данная статья опубликована в разделе практика, то и комментарии и видео, мы ждем практически полезные, подтвержденные личным опытом, а не просто теоретические предположения.

Если вы найдете ошибку в тексте, выделите её мышью и нажмите Ctrl+Enter. Спасибо.

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

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

Когда появился водородный двигатель, основные компании, ведущие его разработку

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

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

В 2016 году появился первый поезд на водородном топливе, являющийся детищем немецкой компании Alstom. Планируется, что новый состав Coranda iLint начнет движение в конце 2017 года по маршруту из Букстехуде в Куксхавен (Нижняя Саксония).

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

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

Особенности водорода как топлива для двигателя

В ДВС бензин смешивается с воздухом, после чего подается в цилиндры и сгорает, в результате чего происходит перемещение поршней и движение транспортного средства.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

Применение водорода в виде топлива имеет ряд нюансов:

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

С учетом перечисленных нюансов применять H 2 в чистом виде для двигателя внутреннего сгорания нельзя. Требуется внесение конструктивных изменений в ДВС и установка дополнительного оборудования.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

Устройство водородного двигателя

Автомобили с двигателем работающем на водороде делятся на несколько групп:

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

Как отмечалось выше, конструкция мотора, работающего на H 2 , почти не отличается от ДВС за исключением некоторых аспектов.

Главной особенностью является способ подачи горючего в камеру сгорания и его воспламенения.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Что касается преобразования полученной энергии в движение КШМ, процесс аналогичен.

Принцип работы

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

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

Водородные моторы внутреннего сгорания

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

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

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

После завершения такта сжатия в цилиндре остается пар, который направляется в радиатор, конденсируется и становится водой.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

Реализация варианта возможна в случае, если на машине смонтирован электролизер — устройство, обеспечивающее отделение водорода от H 2 O для последующей реакции с O 2 .

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

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

Двигатели на водородных элементах

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

В анодную секцию подается H 2 , а в катодную камеру — O 2 . На электроды наносится специальное напыление, выполняющее функцию катализатора (как правило, платина).

Под действием каталитического вещества происходит потеря водородом электронов. Далее протоны подводятся через мембрану к катоду, и под влиянием катализатора формируется вода.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

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

Где использовались водородные топливные элементы?

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

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

Если говорить в целом, топливные элементы применяются:


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

Преимущества и недостатки

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

  • ЭКОЛОГИЧНОСТЬ . Внедрение водородного двигателя — возможность забыть о проблеме загрязнения окружающей среды.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки При глобальном переходе на этот вид топлива удастся снизить парниковый эффект и, возможно, спасти планету. Экологичность новых разработок подтверждена компанией Тойота. Работники концерна доказали, что выхлоп из машины безопасен для здоровья. Более того, выходящую воду можно пить, ведь она дистиллирована и очищена от примесей.
  • ОПЫТ РАЗРАБОТОК . Известно, что водородный двигатель создан давно, поэтому с его применением на автомобилях проблем быть не должно. Если углубится в историю, первое подобие мотора на водороде в начале XIX века удалось создать Франсуа Исаак де Ривазу — конструктору из Франции. Кроме того, в период блокады Ленинграда на новый вид топлива было переведено почти 500 машин.
  • ДОСТУПНОСТЬ . Не менее важный фактор в пользу H 2 — отсутствие дефицита. При желании этот вид топлива можно получать даже из сточных вод.
  • ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В РАЗНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВКАХ . Существует мнение, что водород используется только в ДВС. Это не так. Новая технология задействована при создании топливного элемента, с помощью которого удается получить электрический ток и запитать электромотор транспортного средства.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Преимущества заключаются в безопасности и отсутствии ископаемых элементов, что исключает загрязнение окружающей среды. На современном этапе такая схема считается наиболее безопасной и пользуется наибольшим спросом у разработчиков.

Также к плюсам стоит отнести:

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

Недостатки водородного двигателя:


Кроме уже рассмотренных выше, стоит выделить еще ряд недостатков:

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

Опасность водородного топлива

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

В сочетании с окислителем (кислородом) возрастает риск воспламенения водорода или даже взрыва. Проведенные исследования показали, что для воспламенения H 2 достаточно 1/10 части энергии, необходимой для зажигания бензиновой смеси. Другими словами, для вспыхивания водорода хватит и статической искры.

Еще одна опасность заключается в невидимости водородного пламени. При горении вещества огонь почти незаметен, что усложняет процесс борьбы с ним. Кроме того, чрезмерное количество H 2 приводит к появлению удушья.

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

Кроме того, сжиженный H 2 имеет низкую температуру, поэтому в случае утечки с открытыми частями тела высок риск серьезного обморожения.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Находится данный газ должен в специальных хранилищах.

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

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

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

Современные автомобили с водородными двигателями

Возможность применения двигателей на водородном топливе заинтересовала многих производителей. В результате в автомобильной индустрии появляется все больше машин, работающих на данном газе.

К наиболее востребованным моделям стоит отнести:

  • Компания Тойота выпустила автомобиль Fuel Cell Sedan. Для устранения проблем с дефицитом пространства в салоне и багажном отсеке емкости с водородным топливом размещены на полу транспортного средства.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Fuel Cell Sedan предназначен для перевозки людей, а его стоимость составляет 67.5 тысяч долларов.
  • Концерн БМВ представил свой вариант автомобиля Hydrogen Новая модель протестирована известными деятелями культуры, бизнесменами, политиками и другими популярными личностями. Испытания показали, что переход на новое топливо не влияет на комфортабельность, безопасность и динамику транспортного средства. При необходимости виды горючего можно переключать с одного на другой. Скорость Hydrogen7 — до 229 км/час.
  • Honda Clarity — автомобиль от концерна Хонда, который поражает запасом хода. Он составляет 589 км, чем не может похвастаться ни одно транспортное средство с низким уровнем выбросов. На дозаправку уходит от трех до пяти минут.


  • «Монстр» от Дженерал Моторс показан в октябре 2016 года. Особенность автомобиля заключается в невероятной надежности, что подтверждено проведенными исследованиями армией США. Во время испытаний транспортное средство прошло больше 3 миллионов километров.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки


  • Концерн Тойота выпустил на рынок водородную модель Mirai. Продажи начались еще в 2014 году на территории Японии, а в США — с октября 2015 года. Время на заправку Mirai составляет пять минут, а запас хода на одной заправке 502 км. ФОТО 21 22 Недавно представители концерна заявили, что планируют внедрять данную технологию не только в легковой транспорт, но и в вилочные погрузчики и даже грузовики. 18 колесный грузовик уже тестируется в Лос-Анжелесе.
  • Производитель Лексус планирует свой вариант автомобиля с водородным двигателем в 2020 году, поэтому о транспортном средстве известно мало подробностей.

  • Компания Ауди представила концепт H-tron Quattro в Детройте. По заверению производителя машина может проехать на одном баке около 600 км, а набрать скорость до 100 км/час удается за 7,1 секунду. Машина имеет «виртуальную» кабину, заменяющую стандартную приборную панель.

  • БМВ в сотрудничестве с Тойотой планирует выпуск своего водородного транспортного средства к 2020 году.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Производитель заверяет, что запас хода новой модели составляет больше 480 км, а дозаправка будет занимать до 5 минут.

  • В 2013 году в компании Форд заявили, что активное производство водородных двигателей начнется уже к концу 2017 года при сотрудничестве с Ниссан и Мерседес-Бенц. Но реализовать задуманное на практике пока не удается — работники концерна находятся на этапе разработки.
  • Мерседес-Бенц на Франкфуртском автосалоне представил внедорожник GLC, который появится на рынке в конце 2019 года. Авто комплектуется аккумулятором на 9,3 кВт*ч, а запас хода составляет 436 км. Максимальная скорость ограничивается электроникой на уровне 159 км/час.
  • Nikola Motor представила грузовой автомобиль с водородным двигателем, имеющий запас хода от 1287 до 1931 км. Стоимость нового автомобиля составит 5-7 тысяч долларов за аренду в месяц. Выпуск планируется начать с 2020 года.

  • Производитель Хендай создал новую линейку Tucson. На сегодняшний день произведено и реализовано 140 машин.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Бренд Hyundai Genesis представил свой автомобиль с водородным двигателем GV Впервые транспортное средство было представлено в Нью-Йорке, но его производство пока не планируется.

  • Великобритания тоже не отстает в плане новых технологий. В стране уже можно арендовать водородный автомобиль Riversimple Rasa на три или шесть месяцев. Машина весит чуть больше 500 кг и способна проехать на одной заправке около 500 км.


  • Дизайнерский дом Pininfarina создал машину на водородном топливе h3 Speed. Особенность авто заключается в способности ускорятся до сотни всего за 3,4 секунды, а максимальная скорость — 300 км/час. Время на заправку составляет всего три минуты. Стоимость новой модели достигает 2,5 млн. долларов.

Трудности в эксплуатации водородных ДВС

Главным препятствием для внедрения новой технологии является чрезмерные расходы на получение водородного топлива, а также на приобретение комплектующих материалов.

Возникают проблемы и с хранением H 2 .Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Так, для удерживания газа в требуемом состоянии требуется температура на уровне -253 градусов Цельсия.

Простейший способ получения водорода — электролиз воды. Если производство H 2 требуется в промышленных масштабах, не обойтись без высоких энергетических затрат.

Чтобы повысить рентабельность производства, требуется применение возможностей ядерной энергетики. Чтобы избежать рисков, ученые пытаются найти альтернативы такому варианту.

Перемещение и хранение требует применения дорогих материалов и механизмов высокого качества.

Нельзя забывать и о других сложностях, с которыми приходится сталкиваться в процессе эксплуатации:

  • Взрывоопасность. При утечке газа в закрытом помещении и наличии небольшой энергии для протекания реакции возможен взрыв. Если воздух чрезмерно нагрет, это только усугубляет ситуацию. Высокая проникаемость H 2 приводит к тому, что газ попадает в выхлопной коллектор. Вот почему применение роторного мотора считается более предпочтительным.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки
  • При хранении водорода применяются емкости, имеющей большой объем, а также системы, исключающие улетучивание газа. Кроме того, используются устройства, исключающие механическое повреждение емкостей. Если для грузовых машин, водного или пассажирского транспорта эта особенность не имеет большого значения, легковая машина теряет ценные кубометры.
  • При больших нагрузках и высокой температуре H 2 провоцирует разрушение элементов ЦПГ (цилиндропоршневой группы) и смазки в двигателе. Использование специальных сплавов и смазочных материалов приводит к повышению стоимости производства водородных двигателей.

Будущее водородных двигателей

Применение H 2 открывает большие перспективы и не только в автомобильной сфере. Водородные двигатели активно применяются на ж/д транспорте, на самолетах и вертолетах. Также они устанавливаются на вспомогательной технике.

Интерес к разработке таких моторов проявляют многие концерны, о которых уже упоминалось выше — Тойота, БМВ, Фольксваген, Дженерал Моторс и другие.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

Уже сегодня на дорогах встречаются реальные автомобили, которые работают на водороде. Многие из них рассмотрены выше — БМВ 750i Hydrogen, Хонда FSX, Тойота Mirai и другие.

К работе подключились почти все крупные концерны, которые пытаются найти свою нишу на рынке.

Главным недостатком остается высокая цена H 2 , нехватка АЗС, а также дефицит квалифицированных работников, способных обслуживать такую технику. Если имеющиеся проблемы удастся решить, машины с водородными двигателями обязательно появятся на наших дорогах.

Конкурирующие технологии

Внимание к моторам на водороде развеивается по той причине, что у технологии имеются конкуренты.

Вот только некоторые из них:


Можно ли сделать своими руками?

Технология работы двигателя на газ известна давно, и многие концерны достигли успехов в вопросе внедрения водородных двигателей. Над совершенствованием классического ДВС задумались и народные умельцы.

Суть заключается в подаче в камеру сгорания специального газа.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Такое устройство носит название системы Брауна. При этом бензин также подается в двигатель, но смешивается с газом, что обеспечивает лучшее горение.

В результате появляется водяной пар, очищающий клапана и поршни двигателя от нагара, улучшающий характеристики мотора и повышающий его ресурс.

Чтобы своими руками разложить воду на газ, требуется катализатор, дистиллят, электроды и электричество.

Конструкция собирается из подручных материалов. Допускается применение одной банки, но лучше использовать шесть.

После вырезаются пластинки и объединяются по принципу крест-накрест. Далее они обматываются проволокой и крепятся на крышке. Важно, чтобы электроды не замыкались между собой.

На последнем этапе банки заполняются электролитом и катализатором. Такая схема может работать на любом автомобиле.

Если же говорить о полноценном водородном двигателе, то в гаражных условиях сделать его конечно же не получится из-за сложности технологии.

Если в статье есть видео и оно не проигрывается, выделите любое слово мышью, нажмите Ctrl+Enter, в появившееся окно введите любое слово и нажмите «ОТПРАВИТЬ».Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Спасибо.

Последний энергетический кризис прокатился по миру в далеком 2008 году, и может показаться, что проблем с количеством нефти уже не возникает: нормы выработки становятся больше, а цена – ниже. Но несмотря на это, никто не может отрицать того, что запасы топлива на планете уменьшаются. Автомобильные концерны оплачивают исследования и разработки альтернативных видов топлива. Двигатель Риваза, работающий на воде, появился еще в начале XIX века. Изобретение было представлено в 1806 году и являлось первым двигателем внутреннего сгорания, обогнав бензиновые и газовые двигатели. Разработчики долгое время пытались продолжить разработку в этом направлении, но для того, чтобы провести электролиз и получить необходимое количество энергии требовалось много электричества, что делало такой вид топлива нерентабельным. В конце концов, это в сочетании с взрывоопасностью и поставило точку на исследованиях.

Возврат к водороду произошел в конце 50-х гг. прошлого века: топливный элемент был установлен на тракторы в США.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Через три года – в 1962 году – водородный двигатель появился в маленьких автомобилях для гольфа, еще через пять – в мотоциклах. Водород в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) может использоваться в двух вариантах: как гибридный двигатель и как топливный элемент.

Гибридный водородный двигатель

Гибридный водородный двигатель используется в качестве присадки в двигателях внутреннего сгорания к бензину или газу. При использовании водорода улучшается воспламеняемость топлива, но из-за высокой степени летучести газа повышается риск воспламенения. Но несмотря на этот недостаток, уменьшается коррозия металлов и вибрация. Для применения водорода нет необходимости в устройстве дополнительного топливного бака, водород вырабатывается из дистиллированной воды. При использовании водорода расстояние, которое можно проехать, увеличивается на 30 процентов. Безопасное использование газа возможно при низких температурах до -30⁰С и при относительно высоких до +30⁰С.

Топливный элемент

Двигатели с топливным элементом самостоятельно производят электроэнергию путем расщепления водорода на отрицательные электроны и положительные протоны.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Использование таких двигателей приносит пользу при больших объемах, поэтому чаще всего применяются в большегрузах. На данный момент в Дании, США и Японии тестируют железнодорожные составы, которые работают на двигателях с топливным элементом. Это перспективный путь развития альтернативного топлива, потому что расход водорода меньше расхода бензина на единицу расстояния.

Еще одним направлением для разработки таких двигателей является авиация. В самолете ТУ-154 как раз таки и использовался такой топливный элемент, конечно же, после распада СССР все разработки в этом направлении были заморожены. Тем не менее над проектом пассажирского самолета, который будет работать на водороде, работают ученые Европейского Союза и Китая. Для того чтобы двигатель мог работать, такой самолет должен развить гиперскорость, что будет возможно сделать только при наличии дополнительного двигателя. Преимущества ДВС на водороде связаны с его воздействием на окружающую среду и высоким КПД.

Высокий уровень экологичности

Конечно, невысокая степень загрязнения присутствует, но из-за наличия в механизме автомобиля масла.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Даже при добавлении водорода в обычное топливо производительность повышается на 20%. На 5 кг водородного топлива автомобиль проезжает до 500 км. Ученые считают водород единственным возобновляемым источником энергии.

При его неоспоримых преимуществах на сегодняшний день недостатков намного больше, которые в основном связаны с конструктивом двигателя:

  • Летучесть водорода. Заправить автомобиль с ДВС на водороде возможно только на заправке. Дозаправиться от другого автомобиля или из канистры по дороге не получится.
  • Взрывоопасность и пожароопасность. Всем известна катастрофа дирижабля «Гинденбург», который от одной искры загорелся в полете: из 97 человек, находящихся на борту, погибла треть.
  • Высокая стоимость топливных элементов и водородного двигателя, что, в свою очередь, увеличивает стоимость автомобиля. Аналог с водородным двигателем стоит в два раза дороже. Автомобиль на базе водородного двигателя обслуживать в 100 раз дороже, чем обычный двигатель.
  • Водородный двигатель занимает большой объем.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки В грузовиках и автобусах это не создает никаких неудобств, но в легковых автомобилях уменьшается объем багажного отделения.

Водородный двигатель – это не фантастика. Например, Honda, Toyota и Hyndai наладили линию по производству автомобилей с двигателями на базе водорода и плотно оккупировали рынок: Toyota Mirai (2015), Honda FCX Clarity (2008), Hyundai ix35 Fuel Cell. В середине декабря прошлого года Audi объявило о своем решении выпустить новый концепт на водороде – Q6 H-Tron.

Несмотря на все недостатки, водород – это единственный возобновляемый и неограниченный ресурс на планете. Для того чтобы автомобили с таким ДВС получили широкое распространение, ученым и разработчикам надо будет решить, как устранить негативные характеристики и уменьшить стоимость механизма, а государствам наладить инфраструктуру, чтобы машины на водороде перестали быть редкостью на дорогах.

Ученые приблизились к созданию дешевых водородных автомобилей

https://ria.ru/20200824/avtomobili-1576244320.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки html

Ученые приблизились к созданию дешевых водородных автомобилей

Ученые приблизились к созданию дешевых водородных автомобилей — РИА Новости, 24.08.2020

Ученые приблизились к созданию дешевых водородных автомобилей

Датские ученые разработали новый дешевый вид катализаторов для водородных двигателей. Это может изменить ситуацию в автомобилестроении. Результаты описаны в… РИА Новости, 24.08.2020

2020-08-24T18:00

2020-08-24T18:00

2020-08-24T18:01

наука

дания

копенгагенский университет

открытия — риа наука

химия

автомобили

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/17102/65/171026525_0:26:501:307_1920x0_80_0_0_b16035c94c22bf37e028c5ac3d03fde5.jpg

МОСКВА, 24 авг — РИА Новости. Датские ученые разработали новый дешевый вид катализаторов для водородных двигателей. Это может изменить ситуацию в автомобилестроении.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Результаты описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Materials.Пока автомобили с водородным двигателем — большая редкость. Все дело в стоимости катализаторов, для производства которых нужна платина. И если в обычных автомобилях используется около пяти граммов этого дорогого металла, то в экологически чистых водородных двигателях — в десять раз больше.Химики из Копенгагенского университета разработали катализатор, который не требует такого большого количества платины.»Для нашего катализатора нужна лишь небольшая часть того количества платины, которое обычно используется в современных водородных топливных элементах для автомобилей, — приводятся в пресс-релизе университета слова руководителя исследования, профессора химии Маттиаса Аренца (Matthias Arenz). — Мы приближаемся к тому же количеству платины, которое требуется для обычного автомобиля. При этом наш новый катализатор намного более стабилен, чем катализаторы, используемые в современных водородных автомобилях».Авторы отмечают, что новые устойчивые технологии часто сталкиваются с проблемой ограниченной доступности редких материалов, что служит препятствием для их промышленного применения.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Возможность снизить зависимость от дефицитных или дорогих материалов меняет правила игры.»Новый катализатор позволяет организовать производство водородных транспортных средств в гораздо большем масштабе, чем когда-либо в прошлом», — заявляет еще один автор статьи, профессор Ян Россмейсл (Jan Rossmeisl), руководитель Центра катализа высокоэнтропийных сплавов при кафедре химии Копенгагенского университета.Новый катализатор позволяя производить больше лошадиных сил на грамм платины. При этом он более прочный. Последнее качество не менее важное, чем стоимость. Чем больше поверхность катализатора, тем эффективнее он работает. Но для покрытия большой поверхности, требуется много металла, а если слой будет очень тонким и непрочным, активность катализатора снизится. Для решения этой дилеммы в современных катализаторах слой наночастиц платины покрывают сверху углеродом. К сожалению, углерод делает катализаторы нестабильными. Новый катализатор не содержит углерода. Вместо наночастиц исследователи применили в нем сеть нанопроволок, характеризующихся большой площадью поверхности и высокой прочностью.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки «С этим прорывом надежда на то, что что водородные автомобили станут обычным явлением, заметно усилилась. Это позволяет сделать их более дешевыми, экологичными и долговечными», — говорит Россмейсл.На следующем этапе исследователи планируют начать переговоры с представителями автомобильной промышленности, чтобы реализовать новую технологию на практике.Центр катализа высокоэнтропийных сплавов (CHEAC), в котором велась разработка, — своего рода центр передового опыта, поддерживаемый Датским национальным исследовательским фондом. В нем разрабатывают новые каталитические материалы для создания экологически чистых химикатов и топлива.

https://ria.ru/20200506/1571028781.html

https://ria.ru/20200804/1575334175.html

дания

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/17102/65/171026525_28:0:472:333_1920x0_80_0_0_18b115f59d18d61416f2bb0318e74aef.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

дания, копенгагенский университет, открытия — риа наука, химия, автомобили

МОСКВА, 24 авг — РИА Новости. Датские ученые разработали новый дешевый вид катализаторов для водородных двигателей. Это может изменить ситуацию в автомобилестроении.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Результаты описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Materials.

Пока автомобили с водородным двигателем — большая редкость. Все дело в стоимости катализаторов, для производства которых нужна платина. И если в обычных автомобилях используется около пяти граммов этого дорогого металла, то в экологически чистых водородных двигателях — в десять раз больше.

Химики из Копенгагенского университета разработали катализатор, который не требует такого большого количества платины.

«Для нашего катализатора нужна лишь небольшая часть того количества платины, которое обычно используется в современных водородных топливных элементах для автомобилей, — приводятся в пресс-релизе университета слова руководителя исследования, профессора химии Маттиаса Аренца (Matthias Arenz). — Мы приближаемся к тому же количеству платины, которое требуется для обычного автомобиля. При этом наш новый катализатор намного более стабилен, чем катализаторы, используемые в современных водородных автомобилях».

Авторы отмечают, что новые устойчивые технологии часто сталкиваются с проблемой ограниченной доступности редких материалов, что служит препятствием для их промышленного применения.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Возможность снизить зависимость от дефицитных или дорогих материалов меняет правила игры.

6 мая 2020, 14:30НаукаКитайские ученые создали прототип реактивного двигателя на воздухе

«Новый катализатор позволяет организовать производство водородных транспортных средств в гораздо большем масштабе, чем когда-либо в прошлом», — заявляет еще один автор статьи, профессор Ян Россмейсл (Jan Rossmeisl), руководитель Центра катализа высокоэнтропийных сплавов при кафедре химии Копенгагенского университета.

Новый катализатор позволяя производить больше лошадиных сил на грамм платины. При этом он более прочный. Последнее качество не менее важное, чем стоимость. Чем больше поверхность катализатора, тем эффективнее он работает.

Но для покрытия большой поверхности, требуется много металла, а если слой будет очень тонким и непрочным, активность катализатора снизится. Для решения этой дилеммы в современных катализаторах слой наночастиц платины покрывают сверху углеродом. К сожалению, углерод делает катализаторы нестабильными.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

Новый катализатор не содержит углерода. Вместо наночастиц исследователи применили в нем сеть нанопроволок, характеризующихся большой площадью поверхности и высокой прочностью.

«С этим прорывом надежда на то, что что водородные автомобили станут обычным явлением, заметно усилилась. Это позволяет сделать их более дешевыми, экологичными и долговечными», — говорит Россмейсл.

На следующем этапе исследователи планируют начать переговоры с представителями автомобильной промышленности, чтобы реализовать новую технологию на практике.

Центр катализа высокоэнтропийных сплавов (CHEAC), в котором велась разработка, — своего рода центр передового опыта, поддерживаемый Датским национальным исследовательским фондом. В нем разрабатывают новые каталитические материалы для создания экологически чистых химикатов и топлива.

4 августа 2020, 09:04НаукаРоссийские ученые смоделировали материал для хранилищ водорода

Когда в России появятся водородные автомобили — Российская газета

На стыке 2020-2021 годов в мире начался водородный бум.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Сейчас чуть ли не дурным тоном считаются возражения прогнозам, что через десяток-другой лет элемент N 1 заменит все виды углеводородного топлива в энергетике и на транспорте.

Наша страна не остается в стороне от водородного тренда. В ноябре прошлого года премьер Михаил Мишустин утвердил программу развития водородной энергетики в России до 2024 года. Далее последовали высказывания высшего истеблишмента о потенциале развития водородной энергетики в стране. Подытожил ряд программных выступлений Владимир Путин, поставив правительству задачу разработать к 2023 году автобус на водороде, а позже и локомотив. Так что повернуть назад не получится.

«Японская Toyota запустила массовые продажи своего водородного автомобиля Toyota Mirai еще в 2015 году. В Германии на регулярной основе курсирует пригородный поезд на водороде производства Alstom, ожидаются поставки еще 27 подвижных составов. В мире существует множество подобных проектов, — рассказал «РГ» гендиректор компании Drive Electro, доктор технических наук, профессор Института механики и энергетики имени В.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки П. Горячкина Сергей Иванов, — в то же время водородный транспорт пока не вышел на массовое производство. Даже в Японии, стране, где «дорожную карту» по переходу на водородную энергетику подписали еще в 2014 году, на всю страну всего 2,5 тысячи таких машин».

Почему же не происходит скачка в развитии водородного транспорта и когда стоит ждать массового использования водородных автомобилей в России? Разбираемся в этом вместе с экспертом.

Водородный транспорт — это тоже электромобиль, только более продвинутый, объясняет Сергей Иванов. Вместо аккумуляторных батарей электродвигатель питают топливные элементы. Такая техника надежна, неприхотлива, бесшумна, работает без вредных выбросов. Использование водорода особенно актуально для ТС, которые передвигаются на большие расстояния. Без дополнительной заправки можно проехать от 500 до 1000 километров. Плюсы использования водородного двигателя очевидны и в целом общеизвестны — его КПД намного выше, чем у двигателя внутреннего сгорания, а благодаря использованию электрической трансмиссии таком транспорту присуще накопление энергии при торможении.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

2 миллиона тонн может составить экспорт водорода из России к 2035 году

Тем не менее причины, по которым правительство России задумалось о возможном переходе на водородный транспорт и водородную энергетику, лежат за пределами чисто технологических вопросов, уверен Сергей Иванов. В июле 2020 года была опубликована водородная стратегия ЕС, согласно которой страны-участники планируют полностью отказаться от автомобилей на ДВС к 2040 году. Помимо этого ЕС планирует значительно снизить долю использования традиционных энергоносителей. «А Россия очень зависима от цен на энергоносители ввиду специфики структуры своей экономики, — подчеркивает профессор. — Более того, углеводороды — наш главный экспортный продукт, а Европа — основной торговый партнер и потребитель энергоресурсов. Чтобы сохранить за собой статус экспортера и избежать трансграничных налогов при поставках продукции в Евросоюз, нашей стране придется следовать стандарту чистого производства».

Однако, несмотря на радужные перспективы новых технологий, здесь есть ряд серьезных проблем.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Традиционные способы получения водорода из метанола энергозатратны и связаны с выбросами углекислого газа. Производство же «зеленого» водорода путем электролиза резко увеличивает его стоимость. Ограничением массового использования водорода являются также вопросы его хранения и транспортировки. И решение этих вопросов требует огромных финансовых и временных ресурсов.

Тем не менее экономические стимулы к переходу на водород есть уже сейчас и будут расти стремительно по мере дальнейшего развития технологий. «Водород нужен не только как моторное топливо и для генерации энергии, — рассказывает Сергей Иванов. — сейчас на 95 процентов он используется в нефтехиме. При этом Россия уже занимает хорошие позиции на рынке. Согласно Энергетической стратегии России до 2035 года экспорт водорода из нашей страны должен достигнуть 2 миллионов тонн. По прогнозу минэнерго, за 30 лет рынок водорода вырастет с сегодняшних 110 до 150-160 миллионов тонн. По разным прогнозам, объем рынка водорода в денежном эквиваленте может достигнуть 200 миллиардов долларов уже к 2023 году».Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

Все предпосылки для развития водородной энергетики в России есть. Это отдельно отметил зампред правительства Александр Новак: «В России есть развитые газовый и атомно-энергетический комплексы, которые могут помочь в производстве водорода. Например, водород можно производить методом электролиза или путем переработки газа (запасы которого в стране огромны). Поэтому Россия обладает серьезным потенциалом не только для развития, но даже мирового лидерства в водородной энергетике».

Растет и рынок электрического транспорта. По прогнозам Bloomberg New Energy Finance, к 2040 году ежегодные продажи электрокаров, в том числе тех, что используют водород, достигнут 35 процентов от общего числа продаваемых машин. А Россия имеет примеры эффективного запуска транспорта на электротяге. «Уже сейчас Москва является лидером по количеству электробусов в Европе. Технологии производства водородного транспорта в целом схожи. Следовательно, внедрить водородный транспорт и наладить его массовый выпуск будет возможно.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Все это будет способствовать снижению стоимости самого водорода и одновременно повысит скорость окупаемости связанных с его производством и дистрибуцией инфраструктурных проектов. Именно поэтому кажущиеся малоэффективными с точки зрения экономической целесообразности решения имеют для России огромные перспективы», — резюмирует Сергей Иванов.

Так что похоже, что скачок развития водородного транспорта происходит прямо сейчас. К нему готовы как технологии, так и правительство. А это значит, что ждать водородный транспорт в России осталось недолго. К 2023 году первые автобусы на водородном топливе уже поедут по дорогам городов. Радует и то, что, по прогнозам Bloomberg New Energy Finance, уже к 2025 году стоимость автомобилей на водороде сравняется со средней ценой обычных автомобилей.

Водородные двигатели на авто


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

Содержание:

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

Первый автомобиль с водородным двигателем

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

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

Что такое водородный двигатель

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

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

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

К примеру, автомобиль Toyota Mirai работает по принципу гибридного автомобиля.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Единственный вид используемой энергии — электричество. Но при этом электродвигатель питается как от никель-металлгидридной батареи, так и от водородного топливного элемента, так называемого электрохимического генератора.

Принцип работы двигателя с водородным генератором

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

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

Принцип работы водородного генератора также несложен.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки Он основан на химической реакции водорода и кислорода, в результате молекулярного взаимодействия которых вырабатывается электрическая энергия. Выше мы разместили наглядную схему, показывающую, как работает водородный топливный элемент.

ДВС на водороде?

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

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

Недостатки водородных моторов

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

Ученые прогнозируют более динамичное развитие инфраструктуры водородных заправок только к 2030 году, не ранее. Получать чистый водород можно только двумя путями — либо методом электролиза, либо выделять его из природного газа, поскольку в природе чистого водорода не существует.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

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

Читайте также:


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.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки 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».Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

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.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки

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.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки «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.Как работает водородный двигатель на автомобиле: Водородный двигатель - как работает двигатель и какие есть недостатки 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

Как работают водородные топливные элементы

Работа водородных топливных элементов относительно проста. Их работа интересна тем, что для сгорания нужны только вода и энергия. Как мы знаем, экологический аспект имеет решающее значение для автомобилестроения в 21 веке. Узнайте, как работают современные водородные приводы и как решения Knauf могут поддержать их производительность.

Экологичная двигательная установка – как работают водородные топливные элементы?

Водород – первый элемент периодической таблицы. Это самый легкий и распространенный химический элемент во Вселенной. Его много на Земле, но в чистом виде он редко встречается. Однако его можно найти во многих других соединениях, в том числе и в воде.

Водород может использоваться в качестве топлива для различных транспортных средств — от скутеров и автобусов до космических ракет. Схема реакции, которая возникает при сжигании чистого газообразного водорода в кислороде, выглядит следующим образом:

2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g) + energy

Поэтому процесс здесь чрезвычайно чистый — не образуется никаких дополнительных соединений, например, CO2 или других вредных веществ. Энергии, получаемой при сжигании водорода, достаточно для приведения в действие автомобиля. Несмотря на это, использование водорода в качестве экологически чистого источника энергии создает серьезную проблему: батареи, работающие на водороде, не являются экологически чистыми. Это связано с доступностью водорода – при имеющихся у нас условиях он лишь изредка доступен в форме, пригодной для использования в двигателях. Это означает, что мы должны получать его альтернативным способом. Существует несколько методов, но два из них стоит различать:

  • Производство природного газа – паровое преобразование. Пар сочетается с метаном, в результате чего из моноксида углерода и водорода образуется синтез-газ. В ходе этого процесса выделяется значительное количество окиси углерода, но, несмотря на это, это все же более экологичный метод, чем сжигание ископаемого топлива.
  • Зеленое производство водорода – это метод, основанный на возобновляемых источниках энергии. Высокая мощность электролизатора позволяет превращать воду в водород и кислород. Этот метод не способствует образованию химических соединений, вредных для окружающей среды.

См. также: Автомобили с водородным двигателем – стоимость, выбросы и рыночная информация

Факты о водородной двигательной установке – технология будущего или пережиток прошлого?

Водород, как сырье для производства автомобилей, является предметом дебатов на протяжении многих лет. Сегодня, однако, мы особенно близки к тому, чтобы широко использовать этот элемент для обеспечения высокой тяговой мощности. В настоящее время это решение не пользуется особой популярностью — в основном оно используется в больших автобусах. На рынке всего несколько тысяч автомобилей; чаще всего это демонстрационные автомобили или модели из частных коллекций.

Водородный двигатель, однако, страдает не от недостатка потенциала развития, а от отсутствия соответствующих исследований в этой области. Потенциал этого сырья признан большинством энергетических организаций. Поэтому ведутся передовые работы, направленные на то, чтобы сделать водородный топливный двигатель не только более эффективным, но и более доступным для ежедневного использования.

В настоящее время водородные технологии представляют интерес для тех стран, которые в наибольшей степени привержены программам климатических реформ, рассматривая это сырье как столь необходимую альтернативу электричеству. Однако пока еще не ясно, в какой степени энергетические установки смогут удовлетворить мировые потребности в эпоху электромобильности. Революция электромобилей, вероятно, потребует от нас полной реструктуризации транспорта и разработки альтернатив, которые позволят сотням тысяч электромобилей безопасно пользоваться электросетью. Возможно также, что водород, как высокопотенциальное сырье, навсегда останется в автомобильном секторе.

Воспользуйтесь преимуществами инноваций Knauf Industries — высококлассными компонентами из EPP для водородных топливных элементов

Электромобильность приносит не только новые возможности, но и вызовы. Для их реализации необходимы самые передовые решения. Опыт Knauf Automotive позволяет нам создавать инновации, которые помогают не только построить новую автомобильную отрасль, но и усовершенствовать существующие решения. Наша продукция предназначена для поддержки экологических решений. Мы стремимся предоставлять решения, пригодные для вторичной переработки и обеспечивающие добавленную стоимость на многих уровнях для клиентов.

Что касается водородных двигателей, то мы разработали высокотехнологичные решения с использованием таких материалов, как EPP. Перечень преимуществ EPP в защите купола для водородных судов является длинным.

Наиболее важным из них является амортизация ударов, так как основной задачей этой части является выполнение требований R134, который является регулированием для водородных суден. Детали из вспененного полипропилена должны быть стойкими к многократным ударам.

Другими ключевыми характеристиками компонентов из пенополипропилена для водородных сосудов являются:

  • Легкость (детали с высоким рассеиванием энергии).
  • Большой диапазон рабочих температур
  • Химическая инерция
  • Простота сборки
  • Может поглощать изменение размеров сосудов

Те же самые характеристики делают EPP идеальным решением и для другого сектора «зеленой» мобильности – компонентов аккумуляторных батарей. Они позволяют снизить отрицательное влияние низких температур, которое негативно сказывается на их работе, без значительного увеличения веса автомобиля. Обеспечивая отличную электрическую и тепловую изоляцию, а также отличную ударопрочность, детали EPP являются важной частью решений, применяемых в электромобилях сейчас и будут применяться и в будущем.

Наши инженеры предлагают огромное количество различных решений для автомобильной промышленности, которые позволяют значительно улучшить функционирование электромобилей и автомобилей на водороде. Наш богатый опыт в сочетании с индивидуальным подходом позволяет нам сократить время вывода на рынок совершенно новых проектов, легко конфигурировать различные решения и быстро разрабатывать эффективные инновации, способствующие росту автомобильной промышленности в Европе и за ее пределами.

Преимущества водорода с точки зрения автомобилестроения

Это широко доступный, дешевый и эффективный элемент, поэтому уже сейчас стоит рассмотреть первоначальные мысли о моторе, в котором он будет использоваться. В настоящее время стоимость эксплуатации этого типа транспортных средств аналогична стоимости бензиновых автомобилей. Однако закупочная цена намного выше, а инфраструктура не так развита. Это те вопросы, которые, скорее всего, изменятся в будущем — и это будет значительным шагом на пути к улучшению экологической ситуации во всем мире.

См. также: Предложение компании «Кнауф Автомотив» по экологичным автокомпонентам из EPP.

Хотите получить более специализированные знания?

Как работают автомобили на водороде? — CSIROscope

Вы, наверное, слышали об электромобилях. Но слышали ли вы о водородных автомобилях с двигателем ?

Мы строим новую водородную заправочную станцию ​​в нашем центре в Клейтоне в Виктории. Это похоже на заправочную станцию, но для автомобилей, работающих на водороде, с нулевым уровнем выбросов.

Но как на самом деле автомобиль работает на водороде? И как работает водородный топливный элемент?

Самый распространенный элемент на Земле

Молекулярный водород — это газ.Как химический элемент водород — самый распространенный элемент на Земле. И он содержит много химической энергии.

Если вы воспламените водород, он вступит в реакцию с кислородом воздуха. Он высвобождает свою энергию посредством взрыва. Но вместо неконтролируемого взрыва мы можем безопасно использовать эту энергию в водородном топливном элементе. Это топливный элемент, который питает водородные автомобили.

Как на самом деле работает водородный автомобиль?

Топливный элемент — это устройство, которое берет химическую энергию в виде водорода и превращает ее в электричество, которое может приводить в действие электродвигатель, как аккумулятор.Итак, автомобиль на водороде приводится в движение электродвигателем.

Как это работает? Во-первых, водород, хранящийся в баке (толстостенном, прошедшем краш-тесты и обычно под задним сиденьем), смешивается с воздухом и закачивается в топливный элемент. Внутри ячейки химическая реакция извлекает электроны из водорода.

Оставшиеся протоны водорода перемещаются по клетке и соединяются с кислородом воздуха, образуя воду. Между тем электроны создают электричество, которое заряжает небольшую аккумуляторную батарею, используемую для питания электрической трансмиссии (как в электромобиле).Вот почему автомобили называются электромобилями на топливных элементах (FCEV) по сравнению с электромобилями на аккумуляторных батареях (BEV), которые уже все чаще встречаются на наших дорогах.

Самая большая разница между FCEV и BEV (например, автомобилем Tesla) — это источник электричества. Электромобили работают от аккумуляторов, заряженных электрически (даже от солнечных батарей). Но автомобили, работающие на водороде, производят собственное электричество. У них на борту есть небольшая электростанция — это топливный элемент.

Итак, в отличие от двигателя внутреннего сгорания, который производит углекислый газ, единственными конечными продуктами этой водородной реакции являются электричество, вода и тепло.Единственными продуктами выхлопа являются водяной пар и теплый воздух.

Toyota Mirai — Frontansicht (фото M 93 из Википедии).

Водородные автомобили в Австралии

Австралия рассматривает водород как новый источник топлива. Реализуется несколько масштабных демонстрационных и пилотных проектов. «Зеленый водород» — водород, полученный без использования ископаемого топлива — является потенциальным топливом будущего. Это чистый источник энергии, который может помочь нам достичь будущего с нулевыми выбросами.

Водород можно использовать в качестве источника топлива в автомобилях, грузовиках, кораблях и даже самолетах.Несколько компаний работают над водородными автомобилями. В настоящее время в Австралии существует две модели автомобилей — седан Toyota Mirai (и Mirari второго поколения) и внедорожник Hyundai Nexo. Хотя их еще нельзя купить в частном порядке, их можно сдать в аренду. И как заправить этот топливный бак? Вот тут-то и пригодится наш водородный заправщик!

Как заправить водородный автомобиль?

Водородная заправочная станция очень похожа на заправочную станцию. В Германии, США и других странах водородные заправочные насосы находятся на обычных заправочных станциях.

Вы заправляете его как бензиновый или дизельный автомобиль. В топливозаправщиках есть насос с соплом, которое крепится к автомобилю. После герметизации водородный газ начинает заполнять бак в автомобиле. Если уплотнение не прикреплено, перекачивание не начнется, что гарантирует отсутствие утечек.

Заправочные станции водородом сегодня могут заполнить типичный бак водородного автомобиля примерно за пять минут. Это одно из преимуществ перед автомобилями с батарейным питанием, которые могут заряжаться намного дольше.

Наша новая АЗС в Мельбурне

Мы приветствуем финансирование правительством штата Виктория Технологического университета Суинберна для создания викторианского водородного хаба (Vh3).В рамках партнерства с Swinburne CSIRO получит 1 миллион долларов на строительство одной из первых в Австралии водородных заправочных станций на нашем предприятии в Клейтоне.

Предлагаемая демонстрационная установка водородной технологии и система заправки водородом.

Финансирование осуществляется в рамках гранта в размере 10 миллионов долларов, выделенного Технологическому университету Суинберна (Суинберн) на сотрудничество с нами и создание викторианского центра водорода (Vh3).

Под руководством Суинберна Vh3 призван объединить исследователей, партнеров по отрасли и предприятия для тестирования, испытания и демонстрации новых и появляющихся водородных технологий.Станция будет базироваться на нашем объекте в Клейтоне, совместно с Суинберном.

Благодаря этому новому финансированию мы установим коммерческую заправочную станцию ​​водородом на нашем предприятии в Клейтоне в Виктории. Он будет располагаться рядом с интегрированным демонстрационным комплексом по производству и хранению водорода. Водород будет храниться на территории и использоваться в качестве топлива для электромобилей Toyota Mirai на водородных топливных элементах.

Первоначально парк водородных автомобилей будет доступен для CSIRO и наших партнеров в качестве пробного и примера использования в «реальном мире».Существует потенциал для расширения, чтобы обеспечить заправку для других транспортных средств с нулевым уровнем выбросов в данной местности.

Движение вперед с водородом в Австралии

Чистый водород уже считается экономичным топливом для автомобильного транспорта. Но одним из основных препятствий на пути к большему проникновению на рынок является отсутствие инфраструктуры, поддерживающей его использование.

Новая водородная заправочная станция — ключевой шаг на пути к устранению этого барьера. Это будет лишь частью нашей новой миссии по водородной промышленности, которая помогает Австралии снизить риски при развертывании водородных технологий и продемонстрировать новые технологии.

И, что наиболее важно, это часть того, как мы помогаем Австралии перейти к чистому нулевому будущему.

Как работают топливные элементы в водородных автомобилях?

Столетие назад или около того, количество автомобилей на Земле исчисляется тысячами. Сегодня существует около миллиарда автомобилей — примерно одна на каждые семь человек на планете, и ожидаемое количество достигнет 2 миллиардов к 2040 году.Думайте о Земле как о гигантской заправочной станции с ограниченным запасом топлива, и вы довольно быстро поймете что у нас проблема. Многие геологи думают, что мы достигли точки они называют «пиком нефти», а в ближайшие несколько десятилетий поставки бензина (и все остальное, сделанное из нефти) начнет истощаться. Если такое случается, откуда все наши машины будут получать топливо? Кратковременное решение — повысить топливную экономичность. от существующих автомобилей. В долгосрочной перспективе решение может быть переключение автомобилей с бензиновых и дизельных двигателей на электрические топливные элементы, которые немного похожи на батареи, работающие на водороде газ, который никогда не выходит из строя.Бесшумные и экологически чистые, они среди самые чистые и экологически чистые источники энергии из когда-либо созданных. Они все, кем обещаны быть? Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

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

Что такое топливные элементы?

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

На самом деле есть всего два способа привести современный автомобиль в действие. Большинство машин на Дорога сегодня использует двигатель внутреннего сгорания сжигать топливо на нефтяной основе, выделять тепло и толкать поршни вверх и вниз, чтобы управлять трансмиссией и колесами. Электрический машины работают совершенно по-другому. Вместо двигателя они полагаться на батареи, которые питают электроэнергией электродвигатели, приводящие в движение колеса напрямую. Гибридные автомобили имеют оба двигатели внутреннего сгорания и электрические двигатели и переключайтесь между ними в зависимости от условий вождения.

Топливные элементы немного похожи на нечто среднее между двигателем внутреннего сгорания. мощность двигателя и аккумулятора. Как двигатель внутреннего сгорания, они производят мощность за счет использования топлива из бака (хотя топливо находится под давлением водородный газ, а не бензин или дизельное топливо). Но, в отличие от двигателя, топливный элемент не сжигает водород. Вместо этого он слит химически с кислородом воздуха для получения воды. 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.Единственный продукт отходов — это вода, и она настолько чиста, что вы можете выпей это!

Думайте о топливных элементах как о батареях, которые никогда не разряжаются. Вместо того медленно истощая химические вещества внутри них (как это делают обычные батарейки), топливные элементы работают на постоянном запасе водорода и продолжают производить электричество до тех пор, пока в баке есть топливо.

Стек топливных элементов

Один топливный элемент производит примерно столько же электроэнергии, сколько одиночная сухая батарея — недостаточная для питания портативного компьютера, не говоря уже об автомобиле.Вот почему в топливных элементах, предназначенных для автомобилей, используются стеки. топливных элементов, соединенных вместе в серию. Общее электричество они продукция равна количеству ячеек, умноженному на мощность каждой клетка производит.

Виды 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 ватт) энергии. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / National Лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Топливные элементы PEM (иногда называемые PEMFC) в настоящее время инженеры предпочитают приводить в движение автомобили, но они никоим образом не возможен только дизайн. Так же, как есть много видов батарей, каждая используя различные химические реакции, поэтому существует много видов топлива ячейка тоже. Космические аппараты используют более примитивную конструкцию, называемую щелочным. топливный элемент (AFC), в то время как гораздо большее количество энергии может быть генерируется альтернативной конструкцией, известной как твердооксидный топливная ячейка (ТОТЭ). Микробные топливные элементы имеют дополнительную особенность: они используют бак бактерий для переваривания сахара, органических веществ или другого топлива и производить электрический ток (который может использоваться 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 разделения воды на водород и кислород. электролизер (см. вставку ниже). Затем эти газы рекомбинируются в топливном элементе для производства электроэнергии. (Преимущество такого подхода по сравнению с прямым использованием энергии Солнца состоит в том, что вы можете накапливать водород в дневное время, когда светит Солнце, а затем использовать его для движения топливный элемент ночью.)

Откуда возьмется весь водород?

За последние 150 лет практически каждая машина бег по жидкости, которую мы весьма сбивчиво называем газом.Но в следующие 150 лет многие люди думают, что автомобили будут работать на настоящем газе: водород. Теоретически запустить автомобили на водороде — отличная идея: это самый простой способ. и наиболее распространенный химический элемент, и он составляет подавляющее большинство (что-то вроде трех четвертей) всей материи Вселенной. Тогда хватит на всех! Но есть загвоздка: ковыряться в воздухе вокруг вас, и вы не найдете много водорода — только около одного литр водорода на каждый миллион литров воздуха. (В натуральном выражении это то же самое, что случайно поймать около двух литров воды перепутал в каждом олимпийском бассейне полный).Так откуда же взяться всем огромным облакам водорода, чтобы управлять нашим глобальным автопарком? Нам нужно будет сделать его самим из воды, волшебного вещества, которое покрывает 70 процентов поверхности Земли, частично состоит из водорода. Разделите старый добрый h3O на части, и вы получите h3 (водород) и O2 (кислород). Как ты это делаешь? С электролизером!

Почему топливные элементы так долго завоевывают популярность?

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

« На протяжении десятилетий водород был Дракулой автомобильного топлива: когда вы думаете, что ставка прошла через его сердце с нулевым уровнем выбросов, технология восстает из могилы».

Лоуренс Ульрих
The New York Times, апрель 2015 г.

Люди провозглашали топливные элементы следующим большим достижением в области энергетики поставляет с 1960-х годов, когда космический корабль Аполлона сначала ракеты продемонстрировал, что технология практична.Четыре десятилетия спустя на наших улицах почти нет автомобилей на топливных элементах — из-за множества причины. Во-первых, мир настроен на производство бензиновых двигателей за счет миллион, поэтому они, естественно, намного дешевле, лучше протестированы и многое другое надежный. Купить обычную машину можно за несколько тысяч. долларов за фунт, но до недавнего времени автомобиль на топливных элементах обошелся бы вам в сотни долларов. тысячи. («Относительно доступный» автомобиль Toyota Mirai наконец стал широко доступен в 2016 году. по цене чуть менее 60 000 долларов США, что вдвое превышает цену его гибрида Prius.Отчасти поэтому некоторые автомобили на топливных элементах доступны только в лизинг. договоренности. В то время, когда я обновляю эту статью, в 2021 году автомобиль Honda Clarity Fuel Cell можно будет арендовать за относительно скромные 379 долларов в месяц.) Стоимость — не единственная проблема. Также есть массивная нефтяная экономика для поддержки бензиновых двигателей: есть гаражи везде, где обслуживают бензиновые автомобили и заправочные станции повсюду, чтобы снабдить их топливом. Напротив, почти никто ничего не знает об автомобилях на топливных элементах, и в них практически нет заправки 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 по всему миру, производящих водородный газ из воды. Теперь газы занимают гораздо больше пространство, чем жидкости или твердые тела, поэтому нам нужно превратить водород газ в жидкий водород, что упрощает транспортировку и хранение, сжав его до высокого давления. Затем мы транспортировали водород на заправочные станции («водородные станции»?) где люди могли бы закачивать его в свои автомобили, которые работали бы на топливных элементах вместо обычных бензиновых двигателей.

Фото: Топливные элементы предназначены не только для автомобилей. Этот трактор приводится в действие одним. Фото Кейта Випке любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (DOE / NREL) (идентификатор фотографии NREL № 33995).

Проблема с водородом

Но вы видите проблему? Для производства водорода электролизом используется энергия — и довольно много: мы должны использовать электричество для разделения воды. Если мы будем использовать обычные солнечные батареи для обеспечения этого электричества, они могут быть примерно на 10 процентов эффективнее. в то время как электролизер может иметь КПД 75 процентов, что дает жалкую общую эффективность всего лишь 7.5 процентов. Это довольно плохой старт — а это всего лишь старт!

Мы также используем энергию для транспортировки водорода и его сжатия (превращая газообразный водород в жидкость), чтобы автомобили могли перевозить его в своих резервуарах, чтобы отправиться куда угодно. Это настоящая проблема, потому что плотность энергии водород (количество энергии, которое он несет на единицу своего объема или массы), равно только около одной пятой бензина. Другими словами, вам нужно в пять раз больше, чтобы зайти так далеко. (при условии, что ваш водородный автомобиль тяжелый, как ваш бензиновый, что может быть не так — потому что бензиновым автомобилям нужны тяжелые двигатели и трансмиссии).Другая проблема 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 затем, конечно, есть все недостатки на противоположном конце процесса, когда топливный элемент Автомобиль превращает водород обратно в электричество, чтобы приводить в действие электродвигатели, приводящие в движение его колеса.

Водород не является топливом

« …водород — это разрекламированная подножка … Водород — не чудесный источник энергии; это просто энергоноситель, как аккумуляторная батарея. И это довольно неэффективная энергия носитель, с кучей практических недоработок ».

Профессор Дэвид Маккей
Устойчивая энергетика без горячего воздуха

Водород сам по себе не является топливом, а просто средством транспортировки топлива, полученного в результате какого-либо другого процесса. Так что лучше сравнить с батареями (еще один способ упаковки и транспортировки энергии) чем бензин (настоящее топливо).В целом, современные водородные автомобили значительно менее эффективны, чем лучшие электромобили, работающие от батарей, и часто менее эффективны, чем обычные автомобили с бензиновым или дизельным двигателем!

На данный момент в мире относительно мало водорода для заправки автомобилей, и практически все это (около 95 процентов) производится из ископаемого топлива экологически вредным 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 идут на производство водорода.» Чтобы это изменить, проводится множество исследований, и есть много способов получения водорода из воды. Мы могли бы, например, использовать солнечные элементы для электролиза воды «бесплатно», но мы могли бы точно так же легко хранить ту же энергию в батареях и использовать их для питания наших автомобилей. Автомобили на топливных элементах звучат многообещающе, но если автомобили с аккумулятором действительно лучше, водород может оказаться дорогим отвлечением от важного дела по переводу мира с ископаемого топлива на возобновляемые источники энергии.

Все эти проблемы, подытоженные вкратце, объясняют, почему защитники автомобилей с аккумуляторными батареями, такие как Илон Маск из Tesla, любят высмеивать водородные автомобили как «автомобили с глупыми элементами», которые являются «ошеломляюще глупыми».

Но и у водорода есть свои плюсы!

Так почему люди все еще ищут топливные элементы? Потому что, как утверждают их сторонники, у них есть множество преимуществ перед другими технологиями в области электроэнергетики. Там, где на зарядку автомобиля с батарейным питанием может уйти от получаса до целой ночи, вы можете заправить водородный автомобиль всего за пять минут — так же быстро, как вы можете заправить бензобак обычного автомобиля.Запас хода автомобилей с батарейным питанием также был предметом разногласий. Современные модели теперь заявляют, что 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; а дальность действия снижается по мере старения аккумулятора. Автомобили на топливных элементах, напротив, имеют такой же запас хода, что и обычные газовые автомобили, хотя их характеристики ухудшаются с возрастом. В то время как аккумуляторные технологии, возможно, лучше всего работают в небольших автомобилях, топливные элементы одинаково хороши для больших автомобилей и грузовиков.Действительно, Баллард, один из ведущих производителей топливных элементов, утверждает, что топливные элементы скоро станут наиболее жизнеспособным решением для тяжелых транспортных средств, таких как грузовики, автобусы и т. Д. поезда и даже самолеты, которые иначе работали бы на грязном ископаемом топливе. В Калифорнии сейчас идет огромный толчок к тому, чтобы сделать водород более популярным.

Что-нибудь, кроме масла?

Таким образом, до тех пор, пока автопроизводители не перестанут производить бензиновые и дизельные двигатели, у автомобилистов будет мало или совсем не будет стимулов переходить на автомобили на топливных элементах. Даже тогда, потому что конкурирующие аккумуляторно-электрические и гибридные технологии иметь огромное преимущество, автомобили на топливных элементах могут никогда не завоевать популярность.Большинство из нас пока будет придерживаться двигателей внутреннего сгорания, хотя заявление крупных автопроизводителей о том, что будущее за электромобилями, заставит нас в ближайшее десятилетие изменить свой образ жизни. или так. Увидим ли прямой переход на электромобили с бортовыми аккумуляторами? ты заряжаешься дома? Или, возможно, более мягкий переход через гибридные автомобили с бензиновыми двигателями. и электродвигатели, которые позволят нам увеличить мировые запасы нефти на достаточно долгое время. придумать совершенно новую технологию — возможно, даже атомные автомобили! Никто не знает, что нас ждет в будущем, но одно можно сказать наверняка: нефть будет играть в нем гораздо меньшую роль.Чем раньше мы обнимемся альтернативы — электромобили на батареях, биотопливо, топливные элементы или что-то еще — тем лучше.

Простое объяснение того, как работает водородный автомобиль

Хотя для многих термин «топливный элемент» может показаться сложной передовой технологией, секрет этого нового способа производства энергии заключается в простой химической реакции между кислородом и водородом. Так в чем же особенности водородного автомобиля? Как это работает? В чем его преимущества? И, более конкретно, каковы возможные варианты использования водородного автомобиля в повседневной жизни?

Проблемы водородного электромобиля

Начнем с контекста.Термин «водородный электромобиль» относится к транспортному средству, которое приводится в действие определенным источником энергии — водородом — с помощью специального устройства: топливного элемента. Автомобиль на водородном топливном элементе принадлежит к большому семейству электромобилей , , поскольку он получает тягу от электрической трансмиссии. Для электромобиля, питаемого от литий-ионного аккумулятора , электрическая энергия просто сохраняется в аккумуляторе после зарядки от электрической сети. В этом заключается разница с водородным транспортным средством.Электроэнергия, необходимая для работы трансмиссии, вырабатывается не только аккумулятором, но и топливным элементом, использующим водород, хранящийся на борту транспортного средства. Так работает большинство водородных автомобилей, производимых в настоящее время производителями автомобилей.

Автомобиль с водородным двигателем разделяет те же амбиции вождения без выбросов, что и «обычный» электромобиль. Тем не менее, все еще остается несколько проблем, которые необходимо преодолеть, чтобы максимально снизить воздействие производства водорода на окружающую среду.Текущий метод извлечения этого химического элемента основан на паровой конверсии углеводородов и называется «серым» водородом, потому что он извлекается из ископаемого топлива.
Но есть и другой способ получения водорода: электролиз воды. Если электричество, используемое в процессе электролиза, поступает из устойчивого источника энергии, такого как энергия солнца или ветра, можно производить «зеленый» водород. Этот метод экстракции — решение на будущее.

Как работает водородный электромобиль на топливном элементе

Как на практике работает автомобиль на водородном топливном элементе? Его электроэнергия вырабатывается топливным элементом.Водород под давлением хранится в специальных баках на борту транспортного средства. Газ (h3) вместе с кислородом (O2) из ​​окружающего воздуха подается в топливный элемент. Затем эти два газа подвергаются электрохимической реакции внутри элемента, в свою очередь, с образованием электричества, тепла и водяного пара (h3O), который выделяется в виде газа через небольшую трубку, расположенную под автомобилем.

Получаемая в результате энергия, а также энергия от аккумулятора приводят в действие электродвигатель автомобиля, который в этом случае может работать бесшумно и с нулевым выбросом загрязняющих веществ или CO2 *.Когда дело доходит до пополнения водородом, заправка осуществляется на специальных станциях с помощью насосов, которые очень быстро впрыскивают водород в бак транспортного средства в виде сжатого газа.

Энергопотребление транспортного средства на водородных топливных элементах

Сколько потребляет электромобиль на водородных топливных элементах? Имейте в виду, что атом водорода, два из которых необходимы для образования молекулы дигидрогена (h3), является одним из самых простых и легких природных элементов в периодической таблице (классификации, в которой перечислены все химические элементы, присутствующие на Земле.) Имеет очень низкую объемную плотность. Таким образом, чтобы получить количество водорода, необходимое для работы транспортного средства, необходимо хранить значительное количество водорода в больших баках под высоким давлением.

Электромобиль на водородных топливных элементах согласно Renault Group

Электромобиль на водородных топливных элементах для Renault Group представляет собой электромобиль, который объединяет литий-ионную батарею и водородный топливный элемент под одним капотом. Решив использовать обе технологии вместе, бренд сочетает в себе лучшее из обоих миров.Вот почему за культовым логотипом в виде ромба на внедорожнике Kangoo Z.E. Водород, Renault интегрировал топливный элемент.

Схема установки топливных элементов на Renault Kangoo Z.E. Водород.

На этой схеме работы Kangoo Z.E. Электродвигатель водородного электромобиля питается от литий-ионного аккумулятора. Что касается топливного элемента, он обеспечивает дополнительный запас энергии, который увеличивает запас хода автомобиля (обеспечивая большую автономность и более короткое время зарядки.Транспортные средства, работающие на водороде, предоставляют водителю практические и финансовые преимущества электроэнергии, а также преимущества, предлагаемые водородом с точки зрения гибкости и дальности действия.

Преимущества автомобиля с водородным двигателем

За рулем автомобиля с водородным двигателем водитель выигрывает, прежде всего, от почти вдвое большего запаса хода. Как часть взаимодополняемости между топливным элементом и литий-ионной батареей, электричество, произведенное топливным элементом с использованием накопленного водорода, добавляется к накопительной емкости его основной батареи.Например, компания Renault Kangoo Z.E. Водород оснащен батареей на 30 кВтч в сочетании с бортовым накопителем водорода, эквивалентным 29,7 кВтч. Таким образом, его дальность действия увеличивается с 230 км до 370 км (цикл WLTP *). Таким образом, водородную систему можно рассматривать как «расширитель диапазона».
Глазурь на торте — скорость заправки. Помимо подзарядки от сети, не более десяти минут достаточно, чтобы заправить водородный бак для подачи топлива в топливный элемент, что мгновенно увеличивает запас хода автомобиля.
И это не единственные преимущества: автомобиль с водородным двигателем предлагает все преимущества вождения электромобиля, начиная с отсутствия шума двигателя, приятных ощущений от вождения и доступа к зонам с ограниченным движением в определенных центрах городов.

Зарядка автомобиля, работающего на водороде

Как именно заряжается электромобиль на водородных топливных элементах? Ответ зависит от производителя. В Renault есть два способа восстановить запасы энергии автомобиля.Во-первых, подзарядка от стандартного электрического терминала для питания литий-ионного аккумулятора (вариант, облегчаемый количеством доступных зарядных станций). Во-вторых, заправка на водородной станции для заправки бензобака занимает всего несколько минут — в течение дня, например, когда водителю нужно продлить поездку.

Хранение водорода

Хотя термин «автомобиль на топливных элементах» еще не вошел в наш обиход, он не должен вызывать беспокойства, когда речь идет о безопасности.Конечно, водород, находящийся в резервуаре под высоким давлением, является летучим и легковоспламеняющимся элементом. В случае перегрева топливного элемента или его удаления водород рассеивается и высвобождается менее чем за минуту. Перед тем, как поступить в обращение, водородные автомобили должны соответствовать особенно строгим европейским нормам. Кангу З.Э. Водород подлежит европейской сертификации, выданной в соответствии с постановлением ЕС № 79/2009.
На протяжении более двадцати лет технологии, в которых используется дигидроген, многократно проверялись и одобрялись, часто в экстремальных условиях (космическая техника, подводные лодки, строительная техника).
Сегодня, благодаря опыту, накопленному новаторским Kangoo Z.E. Водород с 2014 года. Группа Renault идет еще дальше, объявляя о партнерстве с известным мировым лидером в области топливных элементов Plug Power, который на сегодняшний день развернул более 40 000 систем топливных элементов. Созданный в результате инновационный центр не только поставит своих партнеров на передний край исследований и разработок, производства и коммерциализации водородных транспортных средств, но также и в сфере сопутствующих услуг (зарядная инфраструктура, поставка водорода и т. Д.).)

Сравнение водородного автомобиля и электрического автомобиля с литий-ионным аккумулятором

Хотя эти две технологии производят впечатление диаметрально противоположных, на самом деле они являются взаимодополняющими режимами мобильности. На вопрос «водород или электромобиль?» зависит прежде всего от использования и типа транспортного средства. В легких грузовых автомобилях с высокой грузоподъемностью водород особенно интересен. Несмотря на то, что резервуар, используемый для хранения газа, большой, его вес остается приемлемым. Водород особенно подходит для интенсивного использования в замкнутом цикле, где дозаправка легко обнаруживается и доступна на маршруте транспортного средства или даже непосредственно на территории компании.
Электромобили, оснащенные только литий-ионными батареями, предназначены для всех типов водителей и использования, от коротких поездок по городу до длительных поездок. Но когда батарея разряжена, единственное решение — подзарядка от электросети. Заряжается только электромобиль дольше, чем его водородный аналог, но существует больше зарядных станций, как в частных, так и в общественных местах. Парковку легко совместить с зарядкой автомобиля. Таким образом, как электричество, так и водород являются взаимодополняющими технологиями, разработанными для обеспечения устойчивой мобильности, подходящей для всех типов использования.

Насколько популярны водородные автомобили в Европе?

В 2020 году новые регистрации автомобилей на водородных топливных элементах произошли в основном в Германии, за которой следуют Нидерланды и Франция **. Станции заправки водородом постепенно расширяются по всей Европе. Например, в 2020 году во Франции будет около 100 станций, а к 2030 году планируется достичь 1000 станций. В Европе 150 действующих станций, из которых 750 развернуты. На 2025 год в работе находится 3700 станций.Чтобы поддержать эту развивающуюся инфраструктуру, несколько европейских стран ввели стимулирующую политику для продвижения технологии: например, Германия, которая только что выделила этому сектору бюджет в размере 700 миллионов евро, и Франция, которая финансирует покупку водородного автомобиля до 16000 человек. евро.
Появление первых серийных водородных электромобилей, включая профессиональные автомобили, которые в настоящее время заправляются на территории компании, поможет ускорить развитие инфраструктуры, обещая светлое будущее водородным технологиям.

* WLTP: Всемирная согласованная процедура испытаний легковых автомобилей. Стандартный цикл WLTP соответствует 57% поездок по городу, 25% поездок в пригород и 18% поездок по автомагистралям.

** Отчет за третий квартал 2020 года, опубликованный ACEA, Европейской ассоциацией автопроизводителей

Авторские права: BERNIER Anthony, Renault Group

Читайте также

Электромобиль

Различные способы хранения энергии

10 июня 2021 г.

Посмотреть больше

Электромобильность

Все, что нужно знать о подключаемом к сети гибридном автомобиле

10 июня 2021 г.

Посмотреть больше

Электромобиль

Все, что нужно знать о зарядке гибридного автомобиля

09 июня 2021

Посмотреть больше

Как работает водородный автомобиль?

► Объяснение новой технологии аккумуляторов
► Будущее силовых агрегатов электромобилей
► Мы углубляемся в твердотельные накопители

Полностью электрические и гибридные автомобили с батарейным питанием являются флагманом экологически чистых автомобилей, которые заменят двигатель внутреннего сгорания.Но есть третий вариант, о котором часто забывают: автомобили на водороде.

Водород десятилетиями использовался в качестве топлива для транспортных средств; Еще в 1807 году Франсуа Исаак де Риваз разработал первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, а полтора века спустя ученый Роджер Биллингс переделал двигатель Ford Model A для работы на водороде. Перенесемся немного вперед: водород используется для отправки ракет НАСА в космос.

Но с началом 2020-х годов появляется целый ряд транспортных средств, работающих на водороде, от лондонских автобусов и вилочных погрузчиков до Toyota Mirai, Hyundai Nexo и Honda Clarity.

Водородные автомобили не покорили мир штурмом. Но они предлагают более экологичную замену бензину и, возможно, альтернативу электромобилям с батарейным питанием.


Как на самом деле работает водородный автомобиль?

Водород можно использовать в качестве топлива для автомобилей двумя способами. Первый — это водородные топливные элементы, которые работают аналогично литий-ионным батареям электромобилей.

Газообразный водород хранится в резервуаре, который питает топливные элементы, каждый из которых состоит из отрицательной и положительной клемм (анодов и катодов), разделенных электролитом, подобно литий-ионной батарее.По сути, водород производит электричество вместо элемента батареи.

Кислород забирается из воздуха и закачивается в катод, в то время как водород течет к платиновому анодному выводу, который действует как катализатор, отделяющий положительные ионы водорода от газа.

Они протекают через электролит к катоду, создавая положительный заряд. Поскольку разделенные электроны не могут проходить через электролит, они обтекают внешнюю цепь, генерируя заряд, используемый для питания электродвигателя.

А что с выбросами? Когда ионы водорода входят в контакт с катодом, они соединяются с кислородом, образуя воду, которая затем вытекает из выхлопных газов автомобиля; он такой чистый, что его можно пить.


Использование водорода для сжигания

Водород также может использоваться в качестве прямой замены бензина или дизельного топлива в специализированном или переделанном двигателе внутреннего сгорания. В этом случае газообразный водород под давлением впрыскивается непосредственно в камеру сгорания двигателя, и сгорание происходит как в обычном ДВС.

Использование такого водорода не является обычным явлением, поскольку он не такой энергоемкий, как бензин. Но сжигание водорода действительно приводит к меньшим выбросам, поскольку основным побочным продуктом является вода, а также меньше токсичных газов NOx, выделяемых теплом, выделяемым двигателем.

Как и большинство передовых технологий, он также участвовал в гонках: Aston Martin Rapide S, оснащенный гибридным водородным двигателем от специалистов Alset, оспаривал N24, причем автомобиль мог переключаться между бензиновым и водородным топливом. Кроме того, Mazda RX-8 Hydrogen RE, впервые представленная в 2003 году, была еще одним водородным двухтопливным автомобилем с ДВС, но производство ее было прекращено в 2011 году.

Какие преимущества?

Наиболее очевидным преимуществом водородного топлива, по крайней мере, когда речь идет об электромобилях на топливных элементах (FCEV), является отсутствие выбросов и вредных побочных продуктов, производимых автомобилями, работающими на водороде.

И поскольку топливные элементы не разлагаются, как литий-ионные батареи, они имеют тенденцию прослужить всю жизнь автомобиля — примерно 150 000 миль. Их также можно переработать, что делает их довольно зеленым вариантом.


Диапазон FCEV превосходит даже лучшие электромобили: маленькая Toyota Mirai способна проехать 300 миль на одном баке, а более крупные водородные автомобили, такие как Hyundai Nexo, — 400 миль.

Когда дело доходит до заправки топливного бака, это так же просто, как заправлять бензином автомобиль. Газообразный водород можно просто закачать в бак, готовый к засасыванию в топливные элементы; нет длительной зарядки аккумулятора. Но есть некоторые ключевые проблемы.

Какие недостатки?

Есть очень мало мест, где можно пополнить FCEV. Инфраструктуры заправки водородом в Великобритании практически нет, по всей Великобритании насчитывается менее 20 заправочных станций.

ЭМ

может занять больше времени для зарядки и по-прежнему беспокоиться о дальности, но, по крайней мере, их можно заряжать от базовой розетки, что компенсирует отсутствие широко распространенных точек быстрой зарядки.И даже тогда сеть зарядки электромобилей растет быстрыми темпами, как и скорость зарядки.

Большинство FCEV поставляются с небольшой батареей для работы на коротких отрезках пути, но это еще не решает проблему поиска места для заправки.

Переносить водород также сложно, поскольку он легко воспламеняется. Чтобы водородные автомобили не превратились в автомобили Hindembergs, резервуары, содержащие сжатый газ, должны быть чрезвычайно прочными и устойчивыми к ударам, что делает их более сложными в проектировании, чем резервуары для бензина.По той же причине также трудно транспортировать водород на заправочные станции танкером или трубопроводом.


Другой серьезной проблемой является производство водорода для топлива. Это довольно легко сделать, пропустив через воду электрический ток, который отделяет водород от кислорода.

Но это связано с потреблением электроэнергии, которая, скорее всего, вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива, а это значит, что водород не так уж экологичен с точки зрения производства. Есть аргумент, что солнечная энергия может использоваться для производства такого электричества, но тогда эта энергия может также использоваться для непосредственного наполнения батареи, чем для выработки другого топлива.

В настоящее время массовое производство водорода включает процесс, называемый паровой конверсией метана. Вкратце, это включает получение водорода из природного газа метана в результате экзотермической реакции.

Но поскольку это включает сжигание ископаемого топлива, это не совсем зеленый способ производства водорода. В целом, это более чистое топливо, чем бензин, но не такое чистое, как электричество, произведенное из возобновляемых источников.

Ученые работают над тем, чтобы сделать производство водорода более чистым, но пока они не смогут добиться этого в больших масштабах, вы вряд ли увидите много водородных топливных насосов на придорожных станциях.

Стоимость также является важным фактором: водород стоит дороже, его стоимость за килограмм и милю выше, чем у бензина. А учитывая, что водород менее энергоемкий, вам, вероятно, придется чаще заправляться.


Есть ли будущее у водородных автомобилей?

Это классическая ситуация с курицей и яйцом; Точки заправки водородом, скорее всего, увеличатся только в том случае, если будет больше FCEV, а такие автомобили будут популярны только в том случае, если есть места для их заправки.

Улучшения в диапазоне электромобилей, увеличении срока службы аккумуляторов и зарядной инфраструктуры — наряду с крупными инвестициями в основные автомобильные бренды — означают, что импульс не относится к FCEV.А такие достижения, как разработка твердотельных аккумуляторов и использование суперконденсаторов, позволяют заряжать электромобили. Только Toyota и иногда BMW проявляют интерес к водородным топливным элементам.

Водородные FCEV все еще могут предложить альтернативу, возможно, с топливными элементами, действующими как способ увеличения дальности полета электромобилей, а не как основного источника энергии. Но для того, чтобы такие гибридные автомобили стали популярными, нам нужно увидеть больше точек заправки и более экологичные способы массового производства водорода.

Пока не списывайте со счетов водородные автомобили, просто не ожидайте, что они скоро займут ограниченное пространство.

Как работает автомобиль на топливных элементах

Аккумуляторные электромобили (BEV) доминируют в разговорах об автомобилях с нулевым уровнем выбросов, а такие автомобили, как Chevrolet Bolt EV и Tesla Model 3, являются хорошо известными примерами технологии BEV. Но другой тип электромобиля — электромобиль на топливных элементах (FCEV) — также практически не производит вредных выбросов выхлопных газов и обладает практически всеми другими преимуществами BEV.

Кроме того, FCEV предлагает быструю заправку в процессе, имитирующем заправку бензобака в обычном автомобиле. Таким образом, автомобиль на топливных элементах восстанавливает свой полный запас хода за пять или 10 минут по сравнению с длительным временем зарядки существующих BEV.

Хотя все это звучит исключительно многообещающе, у FCEV есть ограничения. Во-первых, до недавнего времени топливные элементы, достаточно компактные, чтобы приводить в действие автомобиль, были дорогими в производстве. Эта проблема должна решиться сама собой по мере увеличения производства автомобилей на топливных элементах.

Но еще более серьезной проблемой является наличие водорода, элемента, который в сочетании с кислородом создает электричество, питающее FCEV. Водород является обычным элементом, но в природе он редко встречается в изолированном состоянии как легковоспламеняющийся газ. Чаще всего он соединяется с другими элементами в соединениях, включая углеводороды, такие как нефть и природный газ, и с кислородом в виде воды. Из-за этого водород необходимо производить, а это требует энергии, и его необходимо транспортировать на заправочные станции.В некоторых случаях его получают на заправочных станциях из воды.

Независимо от того, как создается водородное топливо, другая проблема заключается в том, что в Соединенных Штатах есть лишь небольшое количество заправочных станций водородом, открытых для общественности, и почти все они расположены в крупных городских районах Калифорнии. Это создает головоломку, состоящую из курицы и яйца. Следует ли обществу создавать инфраструктуру доставки водорода для обслуживания автомобилей на топливных элементах в ожидании того, что в будущем появится больше FCEV? Или водородная инфраструктура должна подождать, пока на дороге не будет достаточно FCEV, чтобы оправдать инвестиции?

В последнем случае, возможно, никогда не будет достаточно транспортных средств на топливных элементах, чтобы стимулировать строительство водородной инфраструктуры, потому что немногие люди купят FCEV, если они считают, что им будет трудно заправить его бак.

Как работает топливный элемент?

Топливный элемент вырабатывает электричество в результате электрохимической реакции водорода и кислорода, которая происходит внутри самого транспортного средства. Напротив, электричество для BEV генерируется вне транспортного средства и хранится в аккумуляторной батарее транспортного средства. Таким образом, большое преимущество FCEV по сравнению с BEV заключается в том, что топливные элементы не требуют подзарядки, как батареи. Вместо этого они продолжают производить электричество, пока водород и кислород доступны для топливного элемента автомобиля.

Топливный элемент имеет анод, катод и электролитную мембрану. Он создает электрический ток, пропуская водород через анод и кислород через катод. На аноде катализатор расщепляет молекулы водорода на электроны и протоны. Протоны проходят через пористую электролитическую мембрану, в то время как электроны замыкаются в цепи в виде электрического тока. На катоде протоны, электроны и кислород объединяются, образуя молекулы воды.

Побочными продуктами этого процесса являются вода, обычно в форме пара, и тепло.Топливные элементы без движущихся частей работают бесшумно и надежно. Отработанное тепло топливного элемента можно использовать для нагрева или охлаждения.

Как работает автомобиль на топливных элементах?

Подобно аккумуляторным электромобилям, транспортные средства на топливных элементах используют электричество для приведения в действие одного или нескольких электродвигателей, приводящих в движение колеса. В FCEV электричество поступает непосредственно от топливного элемента или от бортовой аккумуляторной батареи, которая накапливает как избыточную электроэнергию, так и электроэнергию, генерируемую рекуперативным торможением.Этот процесс, также используемый в BEV и гибридах, позволяет экономить энергию, которая в противном случае была бы потеряна в виде тепла при торможении. Количество энергии, доступной для привода FCEV, представляет собой сумму электроэнергии, производимой водородом, хранящимся в бортовом баке, и энергии, хранящейся в аккумуляторной батарее.

Во время движения простая трансмиссия передает электричество от топливного элемента и / или от аккумуляторной батареи к электродвигателю (двигателям), приводящему в действие транспортное средство. Электронный контроллер управляет потоком электричества, таким образом регулируя скорость и крутящий момент электродвигателя электропривода.Кроме того, FCEV также имеет систему охлаждения, которая поддерживает надлежащий диапазон рабочих температур топливного элемента, электродвигателя, силовой электроники и других компонентов.

Водородное топливо хранится в резервуаре под давлением, специально разработанном для этого использования, а топливозаправочная горловина значительно более высокотехнологична, чем форсунка бензонасоса на местной заправочной станции. Заправка водородом, хотя и более сложная, лишь немного сложнее, чем заправка бензина в обычном автомобиле, и этот процесс занимает сопоставимое количество времени.

Почему автомобилей на топливных элементах больше нет?

Автомобили, работающие на топливных элементах, обладают рядом преимуществ по сравнению с электромобилями на аккумуляторных батареях, особенно при сравнении времени заправки и зарядки. Кроме того, в FCEV электричество вырабатывается на борту, производя только тепло и водяной пар, в то время как BEV работает на электричестве, произведенном в другом месте, обычно на электростанциях, работающих на ископаемом топливе. Однако процесс производства водородного топлива, используемого для питания FCEV, также не всегда чист.

Самая большая причина повсеместного использования FCEV — отсутствие водородных заправочных станций. Почти все водородные станции, открытые для публики, расположены в Калифорнии, где штат инвестирует в инфраструктуру водородных заправочных станций. Неудивительно, но именно здесь продаются три FCEV, доступные в США (за одним исключением). К ним относятся топливные элементы Honda Clarity, Hyundai Nexo и Toyota Mirai. Mirai также доступен на Гавайях.

Как работают водородные автомобили | HowStuffWorks

Многие люди считают, что водородные топливные элементы являются наиболее важной технологией альтернативного топлива, находящейся в настоящее время в разработке.Однако это не без проблем, и могут пройти десятилетия, прежде чем технология топливных элементов получит широкое распространение. Мы можем грубо сгруппировать проблемы с водородом по трем категориям: затраты на разработку технологии, трудности и опасности, связанные с хранением водорода, и возможность того, что эта «экологически чистая технология» не так уж и не загрязняет окружающую среду. Вот некоторые из неудач водородных автомобилей, с которыми мы можем столкнуться в ближайшем будущем.

Затраты на развитие водородной технологии высоки.Мы должны не только спроектировать и разработать топливные элементы и автомобили, но и разработать инфраструктуру для поддержки этих экономичных автомобилей. Представьте, что у вас сейчас есть водородный автомобиль. Куда бы вы пошли, чтобы заправить свой бак? Предполагая, что у вас нет завода по производству водорода в вашем гараже, вам понадобится станция заправки водородом, и единственное место, где в настоящее время существует значительное количество таких станций, находится в штате Калифорния, где губернатор Арнольд Шварценеггер имеет стремится поддерживать водородное будущее.По некоторым из наиболее пессимистических оценок стоимость строительства инфраструктуры, которая позволит значительному количеству водородных автомобилей, достигнет 500 миллиардов долларов, а время для создания инфраструктуры — четыре десятилетия!

Стоимость машин тоже высока. Поскольку платина является наиболее широко используемым катализатором в топливных элементах, цена одного транспортного средства на топливных элементах в настоящее время превышает 100000 долларов, а может быть, и значительно больше, поэтому единственные автомобили на водороде, доступные для езды на данный момент, сдаются в аренду. , не продается.Мало кто может позволить себе такую ​​дорогую машину. Разрабатываются другие катализаторы, которые, вероятно, будут дешевле платины, но никто не знает, как скоро они станут доступны для массового использования.

Проблема с хранением также острая. Водород — это газ, и он любит распространяться. Поместить его в машину — значит сжать до разумного размера, а это непросто. Кроме того, водород нагревается, когда он находится в баке припаркованной машины, что приводит к расширению газа.Это означает, что резервуары должны периодически выпускать водород из автомобиля. Оставьте водородный автомобиль простоять более чем на несколько дней, и все топливо исчезнет. Водород также легко воспламеняется — впечатляющий взрыв дирижабля «Гинденбург» в 1930-х годах, по мнению некоторых, был результатом водородного пожара, поэтому, если водород выйдет из резервуара, он потенциально может быть опасным. . К счастью, возгорание водорода не так жарко, как возгорание бензина, и с меньшей вероятностью приведет к вторичному возгоранию.А поскольку водород поднимается вверх, большая часть улетучивающегося водорода улетучивается, прежде чем действительно сможет причинить какой-либо вред.

А действительно ли водород экологически чистый? Топливный элемент производит только тепло и воду в качестве выхлопных газов, но процессы, используемые для создания водорода, не обязательно такие чистые. Электролиз использует электричество, и это электричество часто вырабатывается на заводах, сжигающих уголь, являющийся источником сильного загрязнения. А когда водород извлекается из природного газа, он производит выбросы углерода, чего мы и пытаемся избежать, в первую очередь используя водород.

Многие думают, что со временем мы преодолеем эти препятствия, но это будет сложно. Другие считают, что в ближайшем будущем лучший выбор для экономии топлива и экологичного вождения — это не водород, а гибридные электромобили, такие как Toyota Prius, гибрид Ford Fusion и другие подобные гибридные автомобили. Тем не менее, вполне возможно, что в ближайшие пару десятилетий у вас просто появится автомобиль на водородных топливных элементах.

Для получения дополнительной информации об альтернативных видах топлива, гибридных автомобилях и других связанных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.

Водородные автомобили: Нет загрязнения: Что мешает водородным автомобилям процветать

НЬЮ-ДЕЛИ: Водородные топливные элементы широко известны своей способностью гореть и производить воду только в виде остатков. Добавьте к этому такие факторы, как их способность быстро перезаряжаться и количество вырабатываемой энергии, и вы получите идеальную альтернативу ископаемому топливу.
Как именно работает автомобиль, работающий на водородных топливных элементах? Пришло время урока естествознания.
Водород реагирует с кислородом.Эта реакция производит электричество, которое приводит в действие электродвигатель транспортного средства. Двигатель вырабатывает энергию, используя эту реакцию, также называемую сгоранием водорода. Процесс осуществляется с помощью систем подачи и впрыска топлива. При сжигании лишь небольшого количества моторного масла, как в бензиновом двигателе, Hydrogen обеспечивает нулевые выбросы при использовании.


Водород — это легкодоступное и возобновляемое топливо. Не нужно создавать огромные нефтеперерабатывающие заводы, чтобы выкапывать его с поверхности земли.Это топливо, которое при сгорании образует только воду и не наносит вреда окружающей среде.
Количество энергии, которое может произвести водородное топливо, намного больше, чем его эквивалент в других видах топлива. Гораздо более быстрое время зарядки по сравнению с электромобилями — менее 5 минут. Почти так же быстро, как заправка автомобиля, работающего на ископаемом топливе, но на самом деле намного чище.
Как и электромобили, автомобили Hydrogen бесшумны, поскольку у них нет двигателя внутреннего сгорания. Они похожи на электромобили, которые заряжаются быстрее.В отличие от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, которые выделяют дым, автомобили на водородных топливных элементах не загрязняют окружающую среду.
Со столь впечатляющим списком преимуществ можно подумать, что будущее за автомобилями с водородным двигателем. Так почему же не так много тех, кто пользуется этой технологией? Почему многие известные автопроизводители отказались инвестировать в этот вид топлива?
Технология водородных топливных элементов полна сложностей. Водород извлекается с трудом. Он не существует сам по себе, и его необходимо извлекать из воды с помощью электролиза, который сам 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. В самом электролизе используются некоторые специальные металлы для извлечения водорода из воды, что является дорогостоящим.
Водород сталкивается с ограничениями, установленными нормативными актами различных стран. Если их не рассортировать, Hydrogen по-прежнему постигнет судьба электромобилей в первые дни своего существования.
Хранение водородных топливных элементов намного сложнее и дороже, чем другие виды топлива. Это увеличивает общую стоимость продукции и поднимает цены для автопроизводителей.
Топливный элемент может быть опасным из-за его легковоспламеняемости.

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован.