Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Авто на водороде своими руками схема: Авто на водороде своими руками

Содержание

Генератор водорода для автомобиля

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

Выбор электродов


Основные компоненты

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

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

Двигатель на водородном топливе

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

Есть два способа заставить современный автомобиль двигаться:

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

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

Что происходит внутри

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

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

Электричество возникает следующим образом:

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

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

Проект генератора водорода


Как работает?

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

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

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

А все-таки попробовать можно – водородный генератор для автомобиля

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

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

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

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

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

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

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

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

Материал для пластин


Генератор в собранном виде

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

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

О водородной ячейке Мейера

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

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

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

Для изготовления ячейки Мейера потребуется:

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

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


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

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


Принципиальная схема включения электролизера

Крепеж

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

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

Практическое использование водородного двигателя

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

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

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

Корпус генератора водорода

Корпус генератора водорода

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

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

Как сделать водородный двигатель своими руками

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

Сборка электролита

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

Подготовка пластикового контейнера

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

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

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

Соблюдайте осторожность

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

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

Водородная установка для автомобиля, с нее все начиналось

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

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

Чуть-чуть о доверчивости и наивности

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

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

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

Типы установок

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

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

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

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

Регулятор тока

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

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

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

Автомобиль на воде? — Экологические автомобили Экологические автомобили

Представить, что автомобиль для своего движения будет использовать только воду, очень сложно. Даже если такая установка когда-нибудь будет изобретена, появится резонный вопрос: а нужна ли она человечеству? Вода — это важнейший ресурс, без которого жизнь на земле невозможна. И если все автомобили вдруг пересядут на воду, кто знает, к чему это приведет. Другой вопрос, может ли вода вообще использоваться в качестве топлива?

Газ Брауна

Еще в середине 20 века немецкие и американские инженеры использовали в двигателе внутреннего сгорания впрыск воды, если быть точным — водно-метаноловой смеси. Благодаря воде автомобиль получал дополнительный импульс, сравнимый с эффектом турбонаддува. В чем секрет? Дело в том, что из-за неполного сгорания топлива ДВС имеет довольно низкий КПД. Только 40% тепла используется на работу механических узлов автомобиля, когда как остальная часть тепловой энергии попросту рассеивается с выхлопными газами.

Вода, а точнее водяной газ (газ Брауна), который получается в результате расщепления воды в процессе электролиза, улучшает процесс сгорания топлива в двигателе. Интенсивное горение топлива само по себе повышает экономичность автомобиля, улучшает его мощностные характеристики и уменьшает вредные выбросы в атмосферу (за счет более полного сгорания оксидов СО и углеводородов СН, выхлоп получается чище).

На сегодняшний момент существует несколько запатентованных систем, с помощью которых можно самостоятельно использовать преимущества газа Брауна на своем автомобиле. По желанию можно собрать такую систему и своими руками, в интернете множество достаточно простых схем «автомобиля на воде», которые позволяют сэкономить 10-30% бензина. Естественно, такое чудо-изобретение вызывает много вопросов. Вот ответы на основные:

  • Почему о технологии автомобиля на воде не трубят по ТВ? На самом деле подобные системы телевидением освещаются, но надо признать, не очень настойчиво.
  • Как быть в России в зимнее время года? Вода используется с добавлением катализатора, который не дает ей замерзнуть при температуре -15 градусов. Для более холодных регионов к электролизеру присоединяется электронный блок, благодаря которому система может работать даже при температуре — 40 градусов.
  • Сколько воды потребуется для повседневной езды? Один литр воды расширяется в 1866 литров газа Брауна, этого хватит на 30-40 часов постоянный езды.
  • Как насчет коррозии двигателя? В двигатель подается не вода, а уже подготовленный водяной газ, в цилиндрах же вода находиться в виде пара с температурой 1200 градусов, поэтому она не конденсируется, а уходит с выхлопом.

Водород

Вода в автомобиле может использоваться и по другому принципу. Всем известно, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Расщепив молекулу на отдельные атомы, мы получим водород – самодостаточное топливо для автомобиля. Однако такой процесс имеет ряд существенных недостатков. Например, энергия, затрачиваемая на проведение такой реакции, сопоставима количеству выделяемого для работы двигателя тепла, что, по сути, делает такие установки неэффективными. Кроме того, хранение водорода вызывает большие затруднения.

Но что если водород получать из обычной воды путем заранее установленной на автомобиле системы? Не нужно никаких топливных элементов, аккумуляторов и специальных заправочных станций. Вода с электролитом, вступая в реакцию со специальным сплавом металла, начинает активно выделять водород, который в свою очередь поступает в коллекторную трубу и затем в карбюратор ДВС. Подобная технология была представлена еще в 2002 году канадскими инженерами.

Будущее автомобиля на воде

После изучения материалов о системах автомобилей на воде возникают множество очевидных вопросов, которые пока остаются без ответа. Возможно, эти технологии несовершенны и требуют каких-либо доработок, почему мы и не можем наблюдать их в деле. Сторонники теории заговора, конечно же, считают, что развитию таких систем препятствовали, и еще долгое время будут препятствовать крупные компании, заинтересованные в медленном и управляемом развитии альтернативных источников энергии.

Другой вопрос, на который мы обратили внимание в самом начале статьи, еще больше заставляет нас задуматься. Что будет с водой, если мы будем использовать ее в качестве топлива? Кажется, что ее много. И, например, активно тающие ледники как раз позволят использовать запасы воды без видимого нарушения баланса на планете.

Но очевидно, что все эти вопросы гораздо тоньше, чем кажутся на первый взгляд, и требуют детального изучения.

Так или иначе, автомобиль на воде имеет место быть. И мы обязательно будем освящать все самые интересные события этого направления.

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

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

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

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

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

Немного истории

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

Риваз и его машина

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

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

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

Фото GM Electrovan

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

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

А что значит водородное топливо на самом деле?

Что такое водородное топливо?

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

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

Водород для топлива добывают следующими способами:

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

В чём преимущество этого альтернативного источника энергии?

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

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

Плюсы и минусы водородной установки для автомобиля

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

Недостатки водородного топлива:

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

Плюсы водородного топлива:

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

Опасен ли водород для человека?

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

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

Чем водородные авто лучше электромобилей?

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

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

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

Как выглядит батарея в электрокаре

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

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

Как работает водородный автомобиль

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

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

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

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

 

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

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

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

Mazda RX-8 Hydrogen RE

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

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

Где заправляют водородные автомобили?

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

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

Автозаправки бывают 3 типов:

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

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

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

Список автомобилей на водородном топливе

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

Honda Clarity

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

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

Toyota Mirai

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

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

Ford Airstream

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

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

Mercedes-Benz GLC F-CELL

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

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

Pininfarina h3 Speed

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

BMW Hydrogen 7

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

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

Hyundai Nexo

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

Grove Obsidian

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

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

Другие авто

Ограниченно выпускают:

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

Испытывают:

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

Есть ли будущее у автомобилей на водородном топливе

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

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

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

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

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

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

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

Видео: Автогиганты бьют по ТЕСЛА: ВОДОРОДНЫЕ автомобили будущего!

Это один из тех электромобилей, в которых хочется рассказывать не только о запасе хода, длительности зарядки, рекуперации и электронных помощниках, а ещё и о ездовом характере. Leaf получился на удивление сбалансированным и приятным в управлении.

Новый Leaf стал автомобильнее внешне. Выразительные фары, зубастый бампер, рельефный капот, чернёные стойки и крупный диффузор сзади — так агрессивно мог бы запросто выглядеть какой-нибудь хот-хэтч. (А концепт Leaf Nismo видели? Вот бы докатился на своих крупных колёсах до конвейера…) Интерьер стал одновременно и консервативнее, и взрослее. Два водительских дисплея слились в элегантную приборную панель, центральная консоль срослась с тоннелем. Электрокар выдаёт разве что прежний грибок-селектор трансмиссии.

Интерьер стал ближе к обычным автомобилям, аккуратен и скучноват. Не спасает даже обшитая кожзамом слоёная передняя панель и вставки из алькантары. Авторежим есть только у водительского стеклоподъёмника, а клавиши этого блока и ещё некоторые кнопки остались старыми.

Удобные кресла установлены высоко. Из-за отсутствия регулировки руля по вылету рослому водителю надо искать компромиссную посадку. Руки не попадают на подлокотники. Сзади свободно, но по центру — высокий тоннель.

Кресла хороши, но посадка чересчур высока, а новый руль по-прежнему нельзя придвинуть к себе. Leaf не получил регулировку колонки по вылету, как говорят, по экономическим соображениям. Ведь под новыми кузовными панелями — прежняя платформа. Но если в 2010-м ёмкость батареи не превышала 24 кВт•ч (в 2015-м появилась версия на 30 кВт•ч), то сейчас прежний корпус вмещает 40 кВт•ч. Мощность электродвигателя увеличилась со 109 л.с. до 150, момент возрос с 254 Н•м до 320. Пока Leaf сертифицирован по циклу NEDC, паспортный запас хода составляет 378 км (на 128 больше, чем раньше). А по WLTP — 270 км.

Платформа серьёзно переработана. Колёсная база (2,7 м) не изменилась. Длина увеличилась на 45 мм, ширина — на 18. Двухцветный окрас — опция за тысячу евро.

Светодиодные фары с галками ходовых огней положены только самым дорогим версиям, у более дешёвых — галоген. Базовые колёса — 16-дюймовые «штамповки». За доплату ставится «литьё» того же размера или на дюйм больше.

На деле каждый километр активного подъёма по серпантинам Тенерифе стоит мне одного процента заряда. Но такие условия можно назвать экстремальными. При спокойном ритме Leaf, по моими ощущениям, способен преодолеть 200–250 км без ограничений по использованию бортовых потребителей. А в конце года появится батарея ёмкостью 60 кВт•ч, и можно будет вообще не переживать о запасе хода. А пока поставка аккумуляторов LG ещё не налажена (у меня под полом — продукция СП с фирмой NEC), ключевой фишкой Лифа будет однопедальное вождение.

Nissan по-прежнему продвигает концепцию заработка с помощью Лифа, которая уже тестируется в Дании: электромобили, подключённые к двунаправленной зарядной колонке, могут подпитывать городскую сеть в пиковые часы. Годовой доход может составлять до тысячи евро.

Справа под крышкой — разъём IEC ­62196-2 или Mennekes, для зарядки переменным током. Длительность в зависимости от силы тока — 7,5–21 ч. Слева — порт CHAdeMO для постоянного тока мощностью до 55 кВт. Зарядка от 0 до 80% — за 50 минут. В Европе около пяти тысяч таких станций.

Ещё в 2011 году мы обсуждали с инженерами Мерседеса необходимость нового алгоритма управления тягой в эпоху электромобилей. И сегодня уже многие электрокары допускают весьма эффективное замедление за счёт рекуперативного торможения. Но именно Leaf с системой e-Pedal впервые задействует гидравлику на обратном ходе акселератора. Максимальное замедление в режиме e-Pedal составляет 0,2g — примерно так вы сбрасываете скорость перед светофором, когда никуда не спешите. Leaf самостоятельно включает стоп-сигналы и даже удерживается на уклоне, избавляя вас от необходимости трогать левую педаль.

Система e-Pedal — не простая завлекалка. Она увеличивает интенсивность и продолжительность рекуперации, накапливая больше энергии. Когда педаль газа отпущена, Leaf сам варьирует соотношение гидравлического и «электрического» торможения с акцентом на последнее.

Тумблер e-Pedal соседствует с кнопкой автоматической парковки. Пока она нажата, Leaf маневрирует сам, можно бросить руль и педали. Синей клавишей на руле включается ProPilot: машина держит дистанцию и полосу, тормозит до полной остановки и стартует, если стояла не больше трёх секунд.

Двигаться в режиме e-Pedal — это, конечно, не как заново учиться ходить, но требует привычки. Не проблема вовремя отпустить газ и подгадать начало торможения. Сложно держать постоянную скорость или идти накатом, аккуратно удерживая педаль нажатой на пять-десять процентов. Даже небольшое движение ступни вверх вызывает замедление. Поначалу икроножная мышца устаёт. Зато через полчаса хочется сделать однопедальными все автомобили. Благо в любой момент можно вернуться к традиционному способу вождения.

Центр тяжести понижен на полсантиметра, передний стабилизатор стал толще, а руль делает 2,6 оборота от упора до упора вместо прежних трёх. В итоге от грузного и скучного Лифа не осталось и следа! Получился практически подогретый электрохэтчбек.

Приборная панель с большим дисплеем лаконична и наглядна. Для выбора Драйва или интенсивной рекуперации джойстик нужно качнуть на себя и влево, что неудобно.

Вне зависимости от количества используемых педалей Leaf с первых же метров ощущается по-новому. Характер преобразился едва ли не круче внешности. Кузов стал жёстче, рейка — «короче», шасси перенастроено. Получился один из самых гармоничных электромобилей, на которых мне довелось ездить. Да, Leaf не Tesla и набирает сотню за восемь секунд. Зато точная и почти задорная управляемость в нём сочетается с нежной плавностью хода. Напоминает Volkswagen Golf со слегка искусственным усилием на руле и мягкой подвеской. Нет и в помине излишней зажатости шасси, которой страдают многие электромобили.

Leaf стал заметно тише. Даже на скорости выше 100 км/ч гула от шин почти не слышно, только лёгкий шелест. Коэффициент аэродинамического сопротивления не изменился и составляет те же 0,28. Улучшение не помешает, поскольку на высокой скорости Leaf разряжает батарею очень интенсивно.

Мультимедийная система поддерживает Apple CarPlay и Android Auto, а своя графика старомодна. В багажнике — на 15 литров больше прежнего (385 л).

Только что Leaf вёз меня на адаптивном круизе, самостоятельно подруливая в полосе, не замечая ни стыков, ни коротких волн. А теперь влетает в ходовые повороты серпантина и дарит полноценное драйверское удовольствие. Точно откликается на руль, безошибочно пишет дуги. Снос умерен, что позволяет не жадничать со скоростью на входе. Электромобиль на триста с лишним килограммов тяжелее сравнимого по размерам бензинового хэтча С-класса — чтобы так здорово настроить Leaf, нужно было очень постараться. Не припомню, чтобы разбазаривал драгоценный запас хода с таким удовольствием.

В Европе собрано уже двенадцать тысяч предзаказов на Leaf, причём для почти половины клиентов это первый электромобиль. Купить Leaf со скидкой, взяв батарею в лизинг, больше нельзя. Услуга была невостребована и осложняла перепродажу.

Держа в уме батарею на 60 кВт•ч, считаю, Nissan способен вернуть интерес публики. Он ярок, едет хотя не очень далеко, но хорошо. Вдобавок интересен однопедальной философией. Не хватает разве что вау-эффекта: с нормализацией внешности и особенно интерьера японцы перегнули. Зато цены остались на прежнем уровне — от 32 тысяч евро, Leaf доступнее e-Гольфа и, кстати, комфортнее. Такого рода «зелёный» транспорт — всё ещё диковинка даже в щедрой на субсидии Европе. Но если уж покупать непременно электромобиль, то — с таким балансом драйва и комфорта, какой демонстрирует Leaf.

Паспортные данные

МодельNissan Leaf
Кузов
Тип кузовахэтчбек
Число дверей/мест5/5
Длина, мм4490
Ширина, мм1788
Высота, мм1540
Колёсная база, мм2700
Колея передняя/задняя, мм1530/1545
Снаряжённая масса, кг1580–1640
Полная масса, кг1995
Объём багажника, л385–1176
Двигатель
Типэлектрический, синхронный, на постоянных магнитах
Расположениеспереди, поперечно
Макс. мощность, л.с./об/мин150/3283–9795
Макс. крутящий момент, Н•м/об/мин320/0–3283
Батарея
ТипЛитий-ионная
Емкость, кВт•ч40
Трансмиссия
Коробка передачодноступенчатый редуктор
Приводпередний
Ходовая часть
Передняя подвесканезависимая, пружинная, McPherson
Задняя подвескаполузависимая, пружинная
Передние тормозадисковые вентилируемые
Задние тормозадисковые
Шины205/55 R16 или 215/50 R17
Дорожный просвет, мм150
Эксплуатационные характеристики
Максимальная скорость, км/ч144
Время разгона с 0 до 100 км/ч, с7,9
Расход электроэнергии*, кВт•ч/100 км
— комбинированный цикл20,6
Запас хода*, км
— городской цикл389
— комбинированный цикл270
* В цикле WLTP.

Техника

Новый Leaf построен на доработанной платформе предшественника, которая уходит корнями к моделям Tiida и Note предыдущих поколений. В передней подвеске — стойки McPherson, сзади — полузависимая балка. Расположение батареи тоже прежнее. Кузов стал на 15% жестче, шасси полностью перенастроено, включая пружины, амортизаторы и стабилизатор поперечной устойчивости (он на восемь процентов жёстче), рулевая рейка укорочена.

Синхронный электродвигатель на постоянных магнитах незначительно изменён: мощность возросла со 109 л.с. до 150, момент — с 254 Н•м до 320. У литий-ионной батареи прежний корпус, но у ячеек переработан материал катода, и ёмкость увеличена до 40 кВт•ч. Гарантия на батарею — восемь лет или 160 тысяч км пробега. Зарядка от домашней сети через семикиловаттное настенное устройство, которое нужно докупать отдельно, длится около 7,5 часа, без него — до 21 часа при силе тока в 21 А. От станции быстрой зарядки постоянным током батарею от 0 до 80% можно зарядить за 40–60 минут. Но при таком способе зарядки аккумуляторы быстрее изнашиваются.

История

Электрическая история Ниссана началась еще в конце сороковых, когда в компании Tokyo Electro Automobile создали два электромобиля Tama и Tama Senior на свинцовых батареях. В 1951 году фирма объединилась с компанией Prince Motor, которая, в свою очередь, в 1966-м стала частью Ниссана.

В 70-х, 80-х и 90-х было множество концептов, а первым мелкосерийным Ниссаном на батарейках стала Altra EV, которую показали в 1997 году в Лос-Анджелесе. Через пару лет появился микроэлектрокар Hypermini, но технологии массового электромобиля Nissan начал отрабатывать гораздо позднее. Во второй половине 2000-х в тестах участвовали прототипы на основе моделей Cube и Tiida. Модифицированную платформу Тииды и получил серийный Leaf, представленный в конце 2010-го.

Первый Leaf был крупным представителем С-класса: 4445 мм в длину, 1770 мм в ширину, при базе 2700 мм. Для сравнения, в «шестом» Гольфе тогда было не более 4,2 м, а база не превышала 2578 мм.

Одной из основных идей этого проекта был привычный многим форм-фактор хэтчбека С-класса. Электромотор выдавал 109 л.с., питаясь от литий-ионной батареи ёмкостью 24 кВт•ч. Запас хода по тестам американской организации EPA составлял всего 117 км, а в европейском сертификационном цикле NEDC выходило 175 км.

В рамках технического обновления, проведённого к 2015 году, увеличился КПД электродвигателя, выросла ёмкость батареи, бортовое зарядное устройство стало мощнее и разместилось под капотом. Климатическую установку снабдили тепловым насосом, а трансмиссию — режимом рекуперации «B».

В ходе жизненного цикла внешность Лифа практически не менялась, зато в 2013-м он получил более эффективный двигатель и улучшенную бортовую электронику. Запас хода увеличился на 25 км, а багажник стал просторнее из-за переноса зарядного блока. В конце 2015-го появилась версия с батареей на 30 кВт•ч, с которой заявленная автономность достигла 250 км. За семь лет на трёх заводах в Японии, США и Англии было сделано более трёхсот тысяч Лифов.

За кадром

В этой командировке было много нового: лунный пейзаж острова Тенерифе, ужасно тряский электрический микроавтобус Nissan e-NV200 и даже электроскутер, но больше всего запомнилась трёхчасовая прогулка на небольшой яхте с местным русскоязычным капитаном. Некогда успешный бизнес по обмену валют в одной из стран Прибалтики умер после введения евро, и хобби стало работой, а правильнее сказать — образом жизни. Выражение «морской волк» на самом деле очень точно характеризует человека, который весомую часть жизни проводит на воде и регулярно плавает через Атлантику. Страшных и не очень историй хватит на толстую книгу. Пираты, штормы, ссоры в экипаже, поломки, необитаемые острова, взаимовыручка… В общем, водный транспорт — это отдельная вселенная, к которой я только прикоснулся, постояв за штурвалом.

Этот новый дешевый метод производства водорода может (возможно?) стать топливом

Если вы хотите купить электромобиль в США, существует более дюжины вариантов. Если вы хотите купить автомобиль на топливных элементах, есть три: Honda Clarity, Toyota Mirai и Hyundai ix35. Но впереди еще больше — и новое открытие в лаборатории может помочь рынку расширяться быстрее.

Автомобили на топливных элементах работают на водороде, а производство водорода — непростая задача. Традиционный метод производства водорода (который сейчас обычно продается производителям для всего, от очистки металла до производства маргарина) начинается с ископаемого топлива.Если вы нагреваете уголь или природный газ, вы получаете водород, но вы также получаете углеродное загрязнение. В качестве альтернативы можно получить водород из воды, расщепляя молекулы воды электролизом. Это чистый процесс, не производящий никаких загрязнений, но он также требует много энергии, а полученный водород стоит дорого. Катализаторы, такие как платина, могут ускорить реакцию и помочь сэкономить энергию, но они также дороги.

«В конечном счете, стоимость доставки розничного водорода является большой проблемой. ” [Иллюстрация: sky_max/iStock] Физики из Университета Хьюстона нашли способ сделать процесс более эффективным при небольших затратах. Их катализатор, сделанный из дешевого никеля, а не из дорогих драгоценных металлов, используемых сегодня, помогает более легко протекать одной части реакции. И если он в конечном итоге будет использоваться в производстве, это может означать, что водородное топливо будет стоить значительно дешевле, чем сегодня.

Стоимость топлива является одним из препятствий для технологии. «В конечном счете, стоимость поставляемого в розницу водорода является большой проблемой», — говорит Марк Дюваль, директор по использованию энергии в Некоммерческом исследовательском институте электроэнергетики, который подробно изучил эту технологию.Средняя стоимость заправки в апреле 2017 года — на одной небольшой выборке заправочных станций — составляла 14,10 доллара за галлон бензинового эквивалента.

Эта стоимость для потребителей также зависит от факторов помимо производства, таких как сжатие газа, его транспортировка и стоимость строительства новых станций. Но если новый катализатор будет использоваться для производства водорода из воды, после дополнительных разработок он может в конечном итоге помочь снизить стоимость его производства до уровня производства водорода из ископаемого топлива и снизить общую стоимость насоса.

«По сути, весь этот процесс заключается в поиске новых дешевых катализаторов для экологически чистого процесса производства водорода из воды», — говорит Чжифэн Рен, профессор физики Хьюстонского университета и один из авторов новой статьи о технология.

В целом автомобили на топливных элементах менее эффективны, чем электромобили на аккумуляторных батареях. Если вы используете солнечную панель для зарядки аккумулятора, эффективность процесса составляет примерно 85%. Использование топливного элемента требует больше шагов — электролиз, сжатие газа, а затем запуск водорода в топливном элементе — каждый из которых делает систему менее эффективной (примерно на 30-40% эффективности) и более дорогой.Новый способ производства топлива может помочь, хотя другие аспекты технологии также должны быть улучшены, чтобы сделать топливные элементы конкурентоспособными с электромобилями.

«Новые катализаторы — это здорово, — говорит Салли Бенсон, содиректор Института энергетики Precourt Стэнфордского университета. «Но если вы посмотрите на малотоннажный транспорт, я бы серьезно скептически отнесся к тому, что было бы достаточно переключиться на то, чтобы сделать автомобили на топливных элементах более желанными, чем электромобили на аккумуляторных батареях».

Есть несколько проблем, которые необходимо преодолеть, в том числе стоимость производства самих автомобилей.«Мне немного трудно понять, как автомобили на водородных топливных элементах могут быть дешевле, чем электромобили, учитывая, что транспортное средство на топливных элементах — это, по сути, электромобиль», — говорит Дюваль. «За исключением того, что вместо большой батареи у него маленькая мощная батарея, как в гибридном автомобиле. Это электромобиль с некоторыми дополнительными сложностями».

Инфраструктура для транспортных средств на топливных элементах также должна быть построена. Если у вас есть автомобиль на топливных элементах в районе залива или в Лос-Анджелесе, там есть места, где можно заправиться, но заправочные станции в других местах редки.

[Иллюстрация: sky_max/iStock] Тем не менее, Дюваль считает, что автомобили на топливных элементах могут получить более широкое распространение (как и производители автомобилей, многие из которых разрабатывают новые модели топливных элементов наряду с электромобилями, хотя Илон Маск, в частности, назвал их «невероятно глупыми».) «Я считаю, что обе технологии в конечном счете осуществимы, — говорит Дюваль. «Я просто считаю, что они находятся на разных стадиях развития».

Автомобили на топливных элементах имеют одно существенное преимущество: их заправка происходит быстро, в отличие от зарядки электромобиля.Toyota Mirai с четвертью бака водорода заправляется чуть более шести минут, лишь немногим дольше, чем бензиновый автомобиль. Эта технология может быть особенно привлекательной для грузовиков, путешествующих на большие расстояния, когда зарядка аккумуляторов нецелесообразна.

«Я с осторожным оптимизмом смотрю на то, что технические проблемы будут решены, — говорит Дюваль. «Есть много очень хороших людей и много компаний, которые действительно работают над этим». Исследователи из Университета Хьюстона могут предоставить часть решения, помогающего масштабировать технологию.

«Я планирую провести крупномасштабные испытания, и если они пройдут успешно, мы ищем небольшую стартап-компанию для производства водорода с использованием разработанной нами технологии», — говорит Рен.

Автомобили на водороде — как работают автомобили на водородных топливных элементах

Прямо сейчас вы можете сесть за руль автомобиля, который не сжигает ископаемое топливо, не производит загрязнения или парниковых газов, работает на той же химической реакции, что и ракеты, и пробегает в два раза больше, чем Tesla.

Это называется транспортное средство на водородных топливных элементах, но если вы не живете в Калифорнии, вы, возможно, никогда не видели его на дороге.

Ты любишь крутые тачки. Мы любим крутые машины. Давайте поболтаем над ними вместе.

В наши дни электромобилям, приводимым в движение батареями, кажется, суждено господствовать на наших дорогах, в то время как водородные автомобили, когда-то считавшиеся транспортными средствами будущего, встречаются редко и относительно малоизвестны. Топливные элементы на самом деле имеют много преимуществ по сравнению с конкурентами, в том числе большее количество миль на галлон и более быстрое время дозаправки.

Так что же случилось с водородными автомобилями, которые нам обещали?

Как работают водородные автомобили

Toyota Mirai, автомобиль на водородных топливных элементах.

Клеменс БиланGetty Images

Первое, что вы должны знать: водородные автомобили — это электромобили. Мы склонны думать об электромобилях только с точки зрения транспортных средств с батарейным питанием, таких как Tesla, Nissan Leaf и Chevy Bolt, но, несмотря на то, что они работают на газообразном топливе, водородные топливные элементы фактически питают их автомобили электричеством.

«Когда мы говорим об электромобилях, это включает в себя подключаемые гибриды, гибриды, электрические аккумуляторы, топливные элементы и все остальное, что может появиться позже, в котором все еще используется электродвигатель», — говорит Кит Випке, руководитель лабораторной программы по топливу. клеточные и водородные технологии в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Но топливный элемент сильно отличается от батареи. Громадная литий-ионная батарея в животе Tesla Model S накапливает электрическую энергию в виде напряжения на аноде и катоде. Топливный элемент производит электричество посредством электрохимических реакций между топливом (обычно водородом) и кислородом воздуха. Во время реакции водород и кислород объединяются, производя электрическую энергию и безвредный водяной пар в качестве побочного продукта. Если эта первоначальная химическая реакция достаточно велика, она может привести в движение весь автомобиль.

Этот танец механики и химии похож на водородно-кислородную реакцию, которая приводит в действие ракетные двигатели (вы можете помнить это из «Марсианина»). В этом случае энергия, полученная в результате реакции, проходит через топливный элемент и производит электричество вместо взрыва. В обоих случаях высвобождается огромное количество энергии без токсичных побочных продуктов, что делает водородные топливные элементы таким отличным источником энергии для электромобилей.

Сам водород можно получить, проведя этот процесс в обратном порядке, который называется электролизом.Пропуская электрический ток через воду, H3O разделяется на водород и кислород. Однако чаще всего водород производится из природного газа в процессе, называемом конверсией метана с водяным паром, в котором пар высокой температуры и высокого давления смешивается с природным газом для получения водорода.

Этот танец механики и химии похож на водородно-кислородную реакцию, которая приводит в действие ракетные двигатели.

В ходе этого процесса выделяется некоторое количество углекислого газа, поэтому само водородное топливо не является на 100 % чистым.Но он выгодно отличается от выбросов CO2, связанных с электрическими батареями и гибридами, и, очевидно, лучше, чем любой автомобиль, работающий на ископаемом топливе, с точки зрения воздействия на окружающую среду.

Штат Калифорния требует, чтобы не менее 33 процентов водорода, поступающего в транспортные средства, поступало из возобновляемых источников, с надеждой в конечном итоге перейти к 100-процентному использованию возобновляемых источников энергии. Это ставит автомобили на топливных элементах в один ряд с электрическими батареями, работающими от сети.

Много плюсов, один дорогостоящий минус

Ёсиказу ЦуноGetty Images

По мере того, как на передний план выходят аккумуляторные электромобили, автомобильная промышленность борется с двумя их основными недостатками для водителей. Во-первых, для полной зарядки автомобиля с аккумулятором может потребоваться несколько часов (если у вас нет доступа к быстрому зарядному устройству), а во-вторых, даже с полностью заряженным аккумулятором большинству электромобилей трудно проехать половину расстояния, чем обычному автомобилю. полный бак бензина.

В автомобилях на топливных элементах таких проблем нет. Водород можно закачивать в топливный бак автомобиля точно так же, как бензин. Вы можете быстро заправиться так же, как бензином или дизельным топливом. А когда у него полный бак, автомобиль на топливных элементах может проехать так же далеко, как и бензиновый автомобиль.У Toyota Mirai самый короткий запас хода среди всех коммерческих седанов на топливных элементах, представленных в настоящее время на рынке, и он проезжает 317 миль на полном баке. Это почти на 50 процентов больше, чем 220 миль, которые базовая модель Tesla Model 3 может проехать без подзарядки.

«Вы можете выбрать любой электродвигатель и применить его. Там нет преград.»

«Если вы посмотрите, сколько энергии на самом деле проходит через вашу руку, когда вы держите заправочную колонку на бензоколонке, это порядка 1–2 мегаватт», — говорит Випке.Сравните это с 2 киловаттами — в тысячу раз меньшей мощностью — доступной в стандартной сетевой розетке. Легко понять, почему время зарядки аккумулятора так велико.

«С водородом вы по-прежнему перемещаете молекулы, — объясняет он. — Пока у вас есть достаточное давление и пути потока с низким сопротивлением, вы можете очень быстро доставлять молекулы от станции к машине».

Как только эти молекулы попадают в автомобиль, разница между автомобилем на топливных элементах и ​​автомобилем на батарейках невелика.Аккумуляторные автомобили известны своей невероятно высокой производительностью — Tesla установила рекорд от 0 до 60 с одним автомобилем в 2017 году. Но, по словам Стивена Эллиса, менеджера по автомобилям на топливных элементах в американской Honda, автомобили на топливных элементах могут выстоять.

«Поместите достаточное количество мотора в [Honda] Clarity, и он также сможет разогнаться до 0–60 раз», — говорит он. «Опять же, топливный элемент Clarity — это полностью электрический автомобиль. Вы можете выбрать любой электродвигатель и применить его. Там нет преграды».

Однако в настоящее время за все эти преимущества приходится платить высокую цену.Автомобиль Honda Clarity на топливных элементах в настоящее время сдается в аренду почти в два раза дороже, чем его аккумуляторная модель. К счастью, это включает стоимость топлива, которая в настоящее время составляет около 14 долларов за килограмм водорода. С точки зрения энергии это эквивалентно примерно 5,60 доллара за галлон бензина. Стоимость как транспортного средства, так и топлива со временем должна снизиться, но на данный момент преимущества топливных элементов будут сопровождаться высокой ценой.

Наполнить… Где именно?

Томохиро ОсумиGetty Images

Теперь мы подошли к большому камню преткновения для автомобилей на топливных элементах: сегодня почти невозможно достать топливо за пределами Калифорнии. Калифорнийское партнерство по топливным элементам перечисляет 40 действующих в настоящее время водородных заправочных станций, почти все в Лос-Анджелесе или районе залива. Если владелец автомобиля на топливных элементах хочет путешествовать по стране, ему не повезло.

«Потребители любят автомобили, — говорит Випке. «Задача действительно заключалась в том, чтобы построить заправочные станции достаточно быстро, чтобы не отставать от спроса».

Хотя индустрия топливных элементов не удовлетворяет этот спрос, дело не в недостатке усилий. Промышленность открывает примерно одну новую заправочную станцию ​​в месяц и находится на пути к достижению своей цели по созданию 200 заправок в Калифорнии к 2025 году.Даже в этом случае водород останется далеко позади примерно 8 500 заправочных станций, находящихся в настоящее время в штате, а также 17 000 электрических зарядных станций для аккумуляторных автомобилей.

В остальной части США водородная инфраструктура практически отсутствует, а автомобили на топливных элементах не продаются в большинстве штатов. В Нью-Йорке и Коннектикуте есть пара заправочных станций, но Випке говорит, что Северо-Восток отстает от Калифорнии на четыре-пять лет. Северо-восток с его плотностью и политическим климатом действительно может стать местом следующего водородного бума.Но построить надежную сеть будет сложнее, чем в Калифорнии.

Автобус на водородных топливных элементах Транспортного управления округа Ориндж.

ОСТА

«Проблема заключалась в том, что это не просто один штат, поэтому вам нужно привлечь больше людей и освоить технологию», — говорит Випке. «Это более медленный процесс».

По его оценке, транспортные средства на топливных элементах потребуются еще годы, чтобы стать жизнеспособным видом транспорта в Нью-Йорке.Хотя это значительно отстает от гибридной и электрической инфраструктуры, Випке считает, что водородные автомобили могут сократить разрыв.

«Одна из причин, по которой авто [производители] так воодушевлены водородом, заключается в том, что он предоставляет им транспортную платформу с нулевым уровнем выбросов, которая фактически может заменить каждый отдельный автомобиль в их автопарке», — говорит он. «Если у вас есть очень большой грузовик или внедорожник с возможностью буксировки и большим запасом хода, заменить эти автомобили электрическим приводом довольно сложно, если вы не используете водород.

Некоторые из этих транспортных средств уже существуют или находятся в разработке. General Motors исследует пикап на топливных элементах, Hyundai представила внедорожник на топливных элементах, а Toyota провела последние три года, разрабатывая и тестируя тягач с водородным двигателем. Жители округа Ориндж могут добираться до места назначения на автобусе на топливных элементах с 2016 года, и по стране курсирует 25 таких автобусов.

Хотя большинство американцев никогда не видели автомобилей на топливных элементах, когда-нибудь рядом с вами будет построена станция для заправки водородом.Как только они станут обычным явлением на северо-востоке, заправочные станции начнут расширяться вглубь от побережья, и Випке и Эллис считают, что через несколько десятилетий заправочные станции, а вместе с ними и водородные автомобили, будут практически повсюду.


Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на фортепиано.ио

Прикладные науки | Бесплатный полнотекстовый | Транспортные средства на водородных топливных элементах; Текущее состояние и перспективы на будущее

Водород — простейшая форма всех молекул; у него самое низкое содержание энергии по объему, но оно имеет самое высокое содержание энергии среди всех видов топлива по весу. Он доступен в атмосфере в виде газа и в воде в виде жидкости. Из-за высокой энергоемкости водорода он используется в качестве топлива в таких приложениях, как ТЭ и ракеты. Водород создает нулевые вредные выбросы, что является одним из наиболее существенных недостатков ископаемого топлива, а теплотворная способность водорода в три раза выше, чем у нефти.Производство водорода сопряжено с большими затратами, поскольку это искусственное топливо, которое стоит примерно в три раза дороже, чем переработка нефти [14]. Значительное количество исследований посвящено созданию эффективного и устойчивого способа производства водорода и применения водорода в транспортных двигателях. Производители автомобилей, такие как Honda, Toyota и Hyundai, начали производить автомобили на топливных элементах (FCV), использующие водород в качестве топлива. Эти FCV в настоящее время доступны в Северной Америке, Азии и Европе и в основном были куплены первыми пользователями.Нынешние потребители — ранние последователи — это, прежде всего, высокообразованные люди, семьи с высоким доходом, лица с более крупными домохозяйствами, желающие изменить свой образ жизни и обладающие другими схожими качествами [15]. По состоянию на июнь 2018 года потребителям было продано более 6500 автомобилей FCV. Калифорния является ведущим рынком для FCV: туда поставлено около 3000 FCV из 5233 автомобилей, проданных по всему миру, благодаря тому, что в штате находится самая большая сеть водородных заправочных станций в мире, а автопроизводители продают автомобили там. В настоящее время несколько автопроизводителей продвигают потребителям FCV, которые часто сравнивают с BEV. И BEV, и FCV предлагают нулевые выбросы выхлопных газов, возможность заправляться с использованием возобновляемых и устойчивых источников энергии и использовать электродвигатели. Наиболее заметными различиями между FCV и BEV являются запас хода и способ заправки. FCV имеют запас хода более 300 миль и могут быть заправлены менее чем за 10 минут на водородной заправочной станции, что более сопоставимо с традиционным автомобилем с двигателем внутреннего сгорания, работающим на ископаемом топливе.Водород имеет больший потенциал для использования в качестве топлива в будущем. По оценкам, к 2030 г. стоимость топливных элементов будет конкурентоспособной по сравнению с ДВС благодаря технологическим усовершенствованиям и повышению доступности [14]. Одним из основных препятствий, с которыми сталкивается массовое использование водорода, является более эффективное хранение. Из-за низкой плотности водорода его нельзя хранить так же легко, как традиционное ископаемое топливо. Водород требует сжатия, охлаждения или их комбинации. Наиболее благоприятным методом хранения водорода является физическая изоляция, особенно в сжатых резервуарах, поскольку они легко доступны.В основном используются все композиты (тип IV), а иногда используются композиты с металлической футеровкой (тип III). Время заполнения этих баков конкурентоспособно с ископаемым топливом, когда водород предварительно охлажден. Стоимость является основным недостатком широкомасштабного использования резервуаров со сжатым водородом (CH 2 ), поскольку материал и сборка дороги. Другой потенциальной неудачей является обеспокоенность общественности использованием таких резервуаров высокого давления (70 МПа) в транспортных средствах [16]. Альтернативой традиционным резервуарам CH 2 , которые все еще находятся в стадии разработки, является резервуар с внутренним каркасом, который представляет собой сложную конструкцию распорок, находящихся в напряжении внутри резервуара для сопротивления силам сжатого газа. Хранение жидкого водорода (LH 2 ) значительно улучшилось, достигнув наилучшей удельной массы (15%) любой другой автомобильной системы хранения водорода [17]. Энергоэффективность снижается при использовании жидкого водорода. Выпаривание — это область, которая нуждается в улучшении, прежде чем системы LH 2 смогут получить широкое распространение. Перспективной альтернативной конструкцией является криосжатый бак, в котором водород сильно сжимается при криогенных температурах. Необходимо провести дополнительные исследования этого метода, чтобы определить долгосрочную долговечность и общественное признание системы.Системы хранения гидридов требуют значительных исследований и усовершенствований, чтобы соответствовать требованиям для крупномасштабного использования. Наиболее хорошо изучен гидрид NaAlH 4 , но он не обладает необходимой для применения емкостью. По результатам немногочисленных существующих исследований указывается, что резервуары без внутренних элементов теплопередачи могут быть сконструированы на основе умеренной теплоты поглощения водорода поверхностями [18]. Хотя водород присутствует в атмосфере в изобилии, он не в самой чистой форме.Водород можно извлекать из воды, углеводородного топлива, сероводорода и других химических элементов [19]. Энергия, которая используется для производства водорода из связанных с ним элементов, требует внешней энергии, такой как тепловая, электрическая, фотонная и биохимическая энергия. Химический элемент, аммиак, содержит большое количество водорода и был предложен в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания путем разложения на водород и азот на борту [20,21]. Водород можно извлекать как из невозобновляемых, так и из возобновляемых источников энергии.Производство водорода из возобновляемых источников энергии всегда экологически безопасно, тогда как водород, произведенный из невозобновляемых источников, выделяет парниковые газы (ПГ) [22,23]. Производство водорода из отходов биомассы с помощью электрохимических реакций не вызывает выбросов парниковых газов, не требует большого количества энергии или высоких производственных затрат. Возможным сырьем для биомассы являются остатки хлеба, опилки кипариса и рисовая мякина [24,25]. Подобно этому, газету можно использовать для производства водорода путем прямого электролиза. Газета состоит из 69.2% целлюлозы и 11,8% лигнина, и он разлагается на моносахариды и дисахариды, а также алифатическую кетокислоту в растворителе H 3 PO 4 в условиях, аналогичных электролизу [26,27]. Водород также может быть получен электролизом увлажненного метана [28].

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

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


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

Электромобили с водородными топливными элементами

Март 2009 г.


В 2003 году NECAR 5 пересек границу США.S. за 12 дней, что доказывает, что автомобили на топливных элементах могут преодолевать большие расстояния. (Изображение: DaimlerChrysler)

Более двухсот лет назад, в 1806 году, швейцарский инженер Франсуа Исаак де Рива изобрел двигатель внутреннего сгорания, в котором в качестве топлива использовалась смесь водорода и кислорода. Но машина, которую он разработал для него, оказалась неудачной. Первые электромобили были изобретены примерно 25 лет спустя, задолго до того, как Даймлер, изобретатель современного газового двигателя в 1885 году, и Бенц, получивший патент DRP 37435 на автомобиль, работающий на газовом топливе, в 1886 году.

На рубеже 20-х годов -го -го века электромобили были более популярны, чем модели с бензиновым двигателем, во многом по тем же причинам, по которым сегодня потребители пересматривают электромобили: они не выделяли вредных паров, были тихими, плавными и плавными. легче управлять. Так почему же бензиновые автомобили, загрязняющие окружающую среду, захватили рынок? Сыграли роль несколько факторов.

Генри Форд, хорошие дороги, дешевый бензин

«Я построю машину для большого количества людей», — заявил Генри Форд в 1903 году.Так он и сделал: Модель Т с двигателем внутреннего сгорания, работавшим на бензине, была выпущена в 1908 году по цене 950 долларов США. За 19 лет производства его цена упадет до 280 долларов США. Никакой другой автомобиль не мог конкурировать, не говоря уже об электромобилях, которые на пике своего развития в 1912 году продавались в среднем за 1950 долларов США. Надпись была на стене.

Электрические автомобили также проиграли из-за ограниченного запаса хода. На рубеже веков это не было проблемой, так как единственные подходящие дороги для вождения были в городах.Но после Первой мировой войны страны начали строить шоссе и дороги, чтобы соединить свои города. Владельцы автомобилей вскоре захотели выйти за пределы возможностей электромобилей.

Открытие больших запасов сырой нефти снизило цены на бензин, сделав его более доступным. Но электромобили не исчезли, равно как и использование водорода в качестве топлива. Они просто исчезли из массового сознания, пока газовый кризис 1970-х годов и экологические проблемы не вернули их на первый план.

Чистая энергия

Современные двигатели внутреннего сгорания можно легко переоборудовать для работы на различных видах топлива, включая водород. Однако водородные топливные элементы, используемые для питания автомобилей с электродвигателями, в два-три раза эффективнее, чем двигатели внутреннего сгорания, работающие на газе. Кроме того, они имеют нулевой уровень выбросов, а поскольку в них мало движущихся частей, они работают тихо и без вибраций.

Водород — один из самых распространенных элементов во Вселенной. Его можно извлекать из природного газа, угля, сырой нефти и т. д., но вода является единственным экологически чистым источником водорода. Атомы водорода и кислорода в воде можно легко и чисто разделить с помощью электролиза, в идеале с использованием электричества из чистых источников, таких как солнечные батареи и ветряные турбины. Полученный водород можно сжимать для хранения и использования в топливных элементах.

Валлийский физик Уильям Гроув в 1842 году изобрел первый простой водородный топливный элемент. Гроув рекомбинировал водород с кислородом — обратный процесс электролиза — для производства электроэнергии с использованием только чистой воды в качестве побочного продукта.

Фрэнсис Бэкон, инженер-химик из Кембриджского университета в Великобритании, чей интерес пробудился, когда он прочитал статьи, опубликованные Гроувом около 100 лет назад, значительно продвинул технологию в 1950-х годах. Пратт и Уитни лицензировали патенты Бэкона на топливные элементы в 1960-х годах и развили технологию для использования НАСА — один и тот же топливный элемент мог обеспечивать электричеством для питания в полете, теплом и чистой питьевой водой экипажи на борту космических кораблей. Аполлон, Близнецы и все последующие миссии НАСА, включая космический шаттл, использовали топливные элементы.Технология Гроува достигла совершеннолетия.


Компания Ballard подала более 200 международных патентных заявок, касающихся технологии водородных топливных элементов, с тех пор, как компания начала использовать РСТ в 1991 году. (Фото Ballard Power Systems)

Ряд компаний, основанных после нефтяного кризиса 1970-х годов, основывали свои бизнес-модели на водородных топливных элементах как на чистом источнике возобновляемой энергии, используя статью Гроува и патентную информацию Бэкона в качестве отправной точки для своих исследований.В настоящее время исследователи работают над многими типами топливных элементов, о чем свидетельствуют сотни международных патентных заявок, поданных в соответствии с Договором о патентной кооперации (PCT) на изобретения, связанные с топливными элементами, за последние несколько лет.

В 1990-х годах исследовательская группа Ballard Power Systems в Канаде совершила большой прорыв, когда они обнаружили способ увеличить удельную мощность водорода, увеличив средний показатель с 200 Вт/л до примерно 1500 Вт/л. Используя технологию топливных элементов PEM от Ballard, автомобиль с двигателем такого же размера, как у бензинового автомобиля, может сравниться с ним по производительности — разгон с нуля до 100 км/ч за 15 секунд с максимальной скоростью около 150 км/ч.Эта технология также пригодна для бытового использования (электроэнергия и отопление) или в качестве резервного источника питания.

 

 

Но безопасно ли это?

Упомяните водород, и многие люди думают о катастрофе Гинденбурга в 1937 году, когда наполненный водородом дирижабль загорелся, в результате чего погибли все 35 человек на борту. Но многочисленные исследования, например, проведенные отставным инженером НАСА Аддисоном Бэйном в 1997 году, пришли к выводу, что водород не сыграл никакой роли в возникновении пожара в Гинденбурге.Чрезвычайная воспламеняемость алюминиевой тканевой оболочки Гинденбурга вызвала катастрофу, а не газ внутри.

Водород очень легко воспламеняется, как и бензин. Кроме того, водород по своей природе не взрывоопасен, и при отсутствии источников воспламенения маловероятно, что водород воспламенится в открытой атмосфере. В то время как бензин самовоспламеняется при температуре от 228 до 501ºC, температура самовоспламенения водорода составляет 550ºC. В принципе, чтобы произошел взрыв, водород должен сначала накопиться и достичь четырехпроцентной концентрации в воздухе в замкнутом пространстве, а затем должен сработать источник воспламенения.При наличии надлежащих систем безопасности это вряд ли когда-либо произойдет. Водород легче воздуха и быстро рассеивается, поэтому риск возгорания или взрыва водорода на открытой местности также намного ниже, чем у бензина.

Источник www.fuelcellmarkets.com

 

 

Наполните ее: пожалуйста, сжатым водородом


Honda демонстрирует концептуальный автомобиль FCX — полностью функциональный электромобиль нового поколения на топливных элементах . Honda подала более 40 патентов PCT, связанных с топливными элементами. (Предоставлено Honda)

DaimlerChrysler, Ford, Honda, General Motors, Mazda — все эти крупные автомобильные компании разработали концептуальные автомобили на топливных элементах, некоторые из которых были доставлены клиентам для испытаний. В 2003 году команда DaimlerChrysler пересекла США за 12 дней на топливных элементах NECAR 5, достигнув рекордной скорости 160 км/ч и доказав, что автомобили на топливных элементах могут преодолевать большие расстояния. Mazda начала сдавать автомобили RX-8 на топливных элементах в аренду коммерческим клиентам в Японии в начале 2006 года, став первым производителем, предоставившим клиентам водородный автомобиль.

Заправка в настоящее время остается проблемой для клиентов, если только они не живут в Калифорнии, где к 2010 году планируется построить от 150 до 200 водородных заправочных станций. Ряд автомобильных компаний стремятся решить эту проблему, предоставляя потребителям домашние водородные заправочные станции. Honda недавно представила третье поколение бытовой установки, разработанной совместно с американской компанией Plug Power Inc., производящей топливные элементы. И GM, вице-председатель которой Боб Лутц считает, что топливные элементы могут открыть для компании новый золотой век, планирует выпустить домашнюю модель, который будет производить водород из электричества или солнечного света в 2011 году.В 2007 году GM намерена представить 100 внедорожников Chevrolet Equinox на водородных топливных элементах для испытаний потребителям.

Хорошо выглядишь


Элегантный и бесшумный велосипед ENV (Фото: Intelligent Energy Ltd.)

Автомобиль Франсуа Исаака де Риваза вышел из строя из-за плохой конструкции. Но беглый взгляд на автомобили на топливных элементах на этих страницах показывает, что производители теперь остро осознают стратегическую важность хорошего дизайна. Их экологичность может покорить умы потребителей, но их сердца покорит хороший дизайн.

Велосипед ENV от Intelligent Energy Ltd. получил золотую награду IDEA за дизайн в 2006 г. (см. Журнал ВОИС, выпуск 5/2006 г. – сводка новостей). Он был построен с нуля для демонстрации использования водородных топливных элементов, практически бесшумен и развивает максимальную скорость 80 км/ч. Intelligent Energy намеревается сделать велосипед доступным для потребителей в середине 2007 года по цене менее 10 000 долларов США. Компания начала использовать РСТ в 2003 году и имеет десять опубликованных международных патентных заявок на свою технологию топливных элементов, включая «Core», портативный водородный топливный элемент, который можно использовать в велосипеде ENV для питания лодки или небольшого дома.

Солнечно-водородный дом

 

 

Майк Стризки, инженер компаний Renewable Energy International, Inc. и Advanced Solar Products, Inc. , построил экологически чистую энергосистему для своего дома, используя 56 солнечных панелей и электролизер для извлечения водорода из воды, который он затем хранит в танки на его территории. Солнечные панели обеспечивают 160 процентов потребностей дома в электроэнергии летом и 60 процентов таких потребностей зимой.Сезонное управление энергопотреблением создает запасы водорода летом для использования зимой. Кроме того, в течение всего года доступно достаточное количество водорода для питания транспортных средств и бытовой техники, в том числе для приготовления пищи на водороде. У него более чем достаточно энергии, чтобы питать его джакузи, бассейн, телевизор с большим экраном и автомобили на водородных топливных элементах. (Фото: Renewable Energy International)  

 

Снова в пути

Правительство Бразилии объявило, что Сан-Паулу, один из самых загрязненных городов мира, в котором также находится самый большой в мире городской автобусный парк, в ноябре 2007 года запустил пять автобусов на водородных топливных элементах. Проект стоимостью 16 миллионов долларов США поддерживается Программой развития Организации Объединенных Наций (ПРООН), Глобальным экологическим фондом (ГЭФ) и Агентством по финансированию исследований и проектов (FINEP). Цели проекта:

  • Разработка решения для общественного транспорта с нулевым уровнем выбросов;
  • Чтобы получить представление о топливных элементах и ​​водородных технологиях, что позволит Бразилии занять лидирующие позиции благодаря своему потенциальному рынку;
  • Работать над развитием опыта и знаний в Бразилии с целью создания рынка водородных технологий и технологий топливных элементов; и
  • Разработать бразильские спецификации для безопасного и эффективного производства, погрузочно-разгрузочных работ, стационарных и автомобильных приложений, что позволит разработать безопасное и эффективное использование водорода.


Автобусы на водородных топливных элементах проходят испытания в Перте, Австралия. (Фото: Ballard Power Systems)

Санта-Клара, США, Перт, Австралия, Пекин, Китай и десять европейских городов уже имеют автобусы на водородных топливных элементах, которые проходят испытания в своих системах общественного транспорта. Пока результаты положительные. Три автобуса, курсирующие в Перте с сентября 2004 года, работают более восьми часов в день пять дней в неделю. Говорит водитель автобуса Пол Вроблевски: «Пассажиры были очень заинтересованы в новых автобусах на топливных элементах.Тишина внутри автобуса позволила мне подслушать несколько оживленных дискуссий о новых технологиях и их новых знаниях».

Мы уже на месте?

Не совсем. У водорода есть несколько недостатков:

  • Для извлечения водорода из воды требуется совсем немного энергии.
  • Водород, газ при комнатной температуре, трудно хранить: он должен быть сильно сжат – для этого требуются емкости для хранения с безопасным давлением – или сжижен путем охлаждения (криогенный водород).
  • Технология топливных элементов является относительно новой, а элементы хрупкими и дорогими.

Продолжается работа по разработке менее дорогостоящих топливных элементов, которые соответствуют или превышают технические характеристики для приложений, в которых они используются. Исследователи недавно объявили об альтернативном методе получения водорода непосредственно из солнечного света и воды с помощью металлического катализатора, который может обеспечить экономичное прямое преобразование солнечной энергии в водород. Ученые также исследуют гидриды металлов и кристаллические материалы как решения проблем хранения.Гидриды металлов образуются в результате объединения чистого водорода с чистым или легированным металлом и обеспечивают более высокую плотность хранения водорода, чем сжатие.

За относительно короткое время исследования и человеческая изобретательность превратили умирающую технологию в возможное решение проблемы возобновляемых источников энергии, создав экологически чистые и привлекательные транспортные средства. Кто знает, какие еще самородки могут томиться в выцветших научных статьях и патентной информации?

Сильви Кастонге, редакция журнала ВОИС, отдел коммуникаций

Ссылки по теме

Калифорния пытается запустить водородную экономику

ИРВАЙН, Калифорния.— С тех пор, как 15 лет назад президент Джордж Буш заправил микроавтобус водородом, обещания о том, что автомобили и грузовики будут работать на этом топливе, оказались в основном пустыми.

Этот водородный насос в Вашингтоне давно закрыт. Но в Калифорнии, возможно, наконец-то забрезжил рассвет водородной экономики после многих приступов.

Десятки водородных автобусов неуклюже мчатся по улицам города, в то время как от Сан-Диего до Сан-Франциско появляется все больше и больше заправочных станций, финансируемых правительством штата и федеральным правительством.Поскольку затраты на производство и доставку водорода снижаются, Калифорния ставит перед собой амбициозные цели по постепенному отказу от автомобилей, работающих на ископаемом топливе, в пользу аккумуляторов и водорода. Крупные автомобильные и энергетические компании, такие как Toyota Motor и Royal Dutch Shell, взяли на себя обязательство поставлять больше автомобилей и заправочных станций.

«В прошлых циклах всегда чего-то не хватало», — сказал Мэтью Блиске, глобальный менеджер по водородным продуктам Shell. «Отсутствовала политика, или технология была не совсем готова, или люди не так серьезно относились к декарбонизации.Мы больше не видим этих барьеров».

Некоторые руководители энергетических компаний заявили, что ожидают ускорения инвестиций в водород при избранном президенте Джозефе Р. Байдене-младшем, который сделал изменение климата важной частью своей кампании и предложил план на 2 триллиона долларов для решения этой проблемы.

Недавнее исследование McKinsey & Company показало, что к 2030 году водородная экономика может приносить 140 миллиардов долларов годового дохода и поддерживать 700 000 рабочих мест. По прогнозам исследования, к 2050 году водород сможет удовлетворить 14 процентов общего спроса на энергию в Америке.

Использование водорода, самого легкого и распространенного вещества во Вселенной, все еще находится в зачаточном состоянии, и Калифорния определена как его колыбель в Соединенных Штатах, с ежегодным финансированием в размере 20 миллионов долларов от Калифорнийской энергетической комиссии через лицензию на транспортное средство. сборы. К концу 2023 года Калифорния потратит около 230 миллионов долларов на водородные проекты. Сейчас в штате около 40 заправочных станций, и еще десятки находятся в стадии строительства. Хотя эти цифры ничтожны по сравнению с 10 000 автозаправочных станций по всему штату, чиновники возлагают большие надежды.

Имея на дорогах около 7 500 водородных автомобилей, агрессивная государственная программа стимулов и субсидий за счет долларов, взимаемых с торговли квотами, предусматривает создание 50 000 автомобилей малой грузоподъемности на водороде к середине десятилетия и сеть из 1000 водородных станций к 2030 году. Инфраструктура, необходимая для производства По словам калифорнийских исследователей водорода, одна только транспортировка и распределение газа будет стоить около 10 миллиардов долларов, которые ожидают как частных, так и государственных инвестиций.

Другие штаты отстают гораздо дальше.Подавляющее большинство водородных заправочных станций и транспортных средств страны находится в Калифорнии.

Транспортные средства на водороде аналогичны электромобилям. Но в отличие от электромобилей, у которых есть большие батареи, у этих автомобилей есть водородные баки и топливные элементы, которые превращают газ в электричество. Машины быстро заправляются и разгоняются, на полном баке они могут проехать несколько сотен миль. Они выделяют только водяной пар, что делает их привлекательными для калифорнийских городов, которые пытаются уменьшить загрязнение окружающей среды и выбросы парниковых газов.

Критический год для электромобилей

Популярность автомобилей с батарейным питанием стремительно растет во всем мире, несмотря на стагнацию автомобильного рынка в целом.

«Почти любой объективный анализ для достижения нулевых выбросов включает водород», — сказал Джек Брауэр, директор Национального исследовательского центра топливных элементов Калифорнийского университета в Ирвине.

Г-н Брауэр не думает, что водород скоро станет доминирующим источником энергии, но он утверждает, что у него есть большой потенциал в качестве топлива для транспортных средств, электростанций и бытовой техники.Водород, по его словам, дополнит использование литий-ионных батарей, солнечных панелей, ветряных турбин и природного газа.

У.С. Ирвин много лет экспериментировал с водородом и установил партнерские отношения с местными органами власти и крупными корпорациями, чтобы популяризировать его использование в Южной Калифорнии.

Чуть более десяти лет назад Тим Браун работал над бензиновыми системами в General Motors. Он вернулся в школу в 2004 году, изучал водород с г-ном Брауэром и «стал верующим».

Через пять лет после получения докторской степени в 2008 году он основал компанию First Element Fuel, которая управляет 21 водородной заправочной станцией, в том числе установкой с четырьмя насосами на заправочной станции Arco в Долине Фонтанов, примерно в 10 минутах езды от США. К. Ирвин. Компания планирует построить до 80 станций по всему штату под торговой маркой True Zero.

Недавним днем ​​Карен Харелсон подъехала к станции Арко на своей Toyota Mirai, седане с водородным двигателем, который она купила два года назад. «Лично я не думаю, что они должны делать еще одну машину без него», — сказала 66-летняя г-жа Харелсон, профессор на пенсии в колледже Голден-Уэст. «Это лучшая машина, которая у меня когда-либо была. Проблема в том, что вокруг просто не хватает станций».

Это обычная жалоба.Из-за нехватки водородных насосов владельцы автомобилей часто стоят в очереди. Но в отличие от электромобилей с батарейным питанием, для полной зарядки которых может потребоваться от 45 минут до нескольких часов, водородные автомобили, как и бензиновые, заправляются менее чем за 10 минут и способны проехать 300 миль или более на полном баке.

Некоторые сторонники водорода считают, что больше всего он будет использоваться в более крупных транспортных средствах. Среди них SunLine Transit, которая обслуживает Палм-Спрингс и другие города округа Риверсайд.

Транспортная система насчитывает 17 водородных автобусов и планирует добавить еще 10 в следующем году.SunLine использовала более 27 миллионов долларов в виде грантов за последние 10 лет, чтобы купить транспортные средства и оборудование для производства водорода, который она производит с помощью электричества из сети и солнечных батарей. Транзитное агентство уже продает сжатый природный газ, которым питается большинство его автобусов, коммерческим и государственным учреждениям, а также планирует продавать водород.

Лорен Скивер, исполнительный директор и генеральный менеджер SunLine, сказала, что она пригласила другие транзитные агентства и коммунальные предприятия, чтобы увидеть, как далеко продвинулся водород, но она часто встречала недоверие и двойственное отношение.

«Мы все время пытаемся встретиться с ними: «Посмотрите, что мы делаем с водородом», — сказала г-жа Скивер. «Их это совершенно не интересует».

Есть все основания для скептицизма.

Несмотря на многочисленные технические достижения, производство и транспортировка водорода по-прежнему обходятся дорого. Автомобили на топливных элементах также стоят дороже, чем аналогичные электромобили. Toyota Mirai продается почти за 60 000 долларов без учета субсидий. Стоимость Tesla Model 3 начинается примерно с 38 000 долларов без учета субсидий. Кроме того, существует проблема курицы или яйца: попытаться заставить людей покупать водородные автомобили до того, как будет создана всеобъемлющая заправочная инфраструктура.

Критики, в том числе генеральный директор Tesla Илон Маск, отмечают, что сторонники водорода уже давно не выполняют своих обещаний.

В своем обращении к Конгрессу США в 2003 году президент Буш сказал, что «первый автомобиль, которым управляет ребенок, родившийся сегодня, может работать на водороде и не загрязнять окружающую среду». Эти надежды были вызваны в основном ростом цен на нефть и природный газ в то время. После того, как бум гидроразрыва пласта помог снизить цены на энергоносители, водород отошел на второй план.

Тем не менее потенциал водорода продолжает привлекать правительства, исследователей и корпорации. Такие страны, как Франция, Германия, Китай, Австралия, Южная Корея и Япония, инвестировали десятки миллиардов долларов в водород, отчасти для того, чтобы уменьшить свою зависимость от ископаемого топлива и решить проблему изменения климата.

Toyota, Hyundai, Daimler и ряд других автопроизводителей делают ставку на водородные автомобили и грузовики. А Shell строит водородные станции в Европе и Калифорнии.

Некоторые эксперты утверждают, что водород лучше всего использовать для питания грузовиков, автобусов и самолетов.Это связано с тем, что топливо упаковывает энергию в меньшую и более легкую упаковку, чем батареи нынешнего поколения, оставляя больше места для груза и пассажиров. Hyundai готова представить первый серийный тяжелый грузовик на топливных элементах через несколько месяцев. Toyota, которая тестирует грузовики на топливных элементах в порту Лос-Анджелеса с 2017 года, недавно заявила, что разработает тяжелые грузовики на топливных элементах для Северной Америки.

Водород представляет долгосрочную угрозу для нефтяных компаний, поскольку он может составить конкуренцию дизельному топливу и топливу для реактивных двигателей.Именно поэтому многие крупные европейские нефтегазовые компании, такие как Shell и BP, стремились сделать водород частью перехода к более низкоуглеродному будущему.

Большая часть водорода сегодня извлекается из природного газа в процессе, который требует много энергии и выделяет углекислый газ. Но в сочетании с улавливанием и секвестрацией углерода этот процесс может быть экологически безопасным.

Правительственные чиновники и исследователи ожидают, что со временем большая часть водорода будет производиться без выбросов. Самое чистое производство водорода происходит за счет использования возобновляемой электроэнергии для расщепления молекул воды на водород и кислород. Оборудование для этого стоит дорого, но в последние годы затраты снижаются, особенно потому, что энергия ветра и солнца становится самым дешевым способом производства электроэнергии.

Европейские нефтяные компании также инвестируют в возобновляемые источники энергии, чтобы в конечном итоге они могли объединить производство водорода с солнечными и ветряными электростанциями.

«Нефтяные компании имеют очень хорошие возможности для участия в этом», — сказала Джоан Огден, исследователь энергетики из Калифорнийского университета в Дэвисе. «Они знают, как производить молекулы в больших масштабах лучше, чем кто-либо, они уже используют много водорода в нефтепереработке, и они привыкли поставлять транспортное топливо.

Предприятия также изучают другие подходы.

Французская компания Air Liquide строит за пределами Лас-Вегаса завод стоимостью 150 миллионов долларов, который будет превращать биогаз из разложившихся органических отходов в водород, который она планирует продавать в Калифорнии. Завод начнет работу в конце следующего года. Air Liquide строит еще один завод на канадской стороне Ниагарского водопада для поставок на северо-восток.

«Мы рассматриваем водород как источник энергии будущего», — сказал Майкл Графф, председатель и главный исполнительный директор American Air Liquide Holdings.

Водородный бизнес, возможно, находится в зачаточном состоянии, но интерес к нему устойчив и растет, сказал Майкл Уэббер, профессор машиностроения Техасского университета в Остине и директор по науке и технологиям французской энергетической компании Engie.

«Клиенты на водород есть, — сказал мистер Уэббер. «Они просто ждут, когда появится водород».

Иван Пенн сообщил из Ирвина, а Клиффорд Краусс из Хьюстона.

Могут ли автомобили использовать воду в качестве топлива?

Уважаемый EarthTalk! Я слышал, что автомобили можно модифицировать для движения по воде.Как это возможно?
Дайан МакМоррис, Рокпорт, Мэн

Существует ряд предложений онлайн-маркетинга комплектов, которые превратят ваш автомобиль в «ездящий по воде», но к ним следует относиться скептически. Эти комплекты, которые крепятся к двигателю автомобиля, используют электролиз для расщепления воды (h3O) на составляющие ее молекулы — водород и кислород, а затем впрыскивают полученный водород в процесс сгорания двигателя для питания автомобиля вместе с бензином. По их словам, благодаря этому бензин сгорает чище и полнее, что делает двигатель более эффективным.

Но эксперты говорят, что уравнение энергии для систем такого типа на самом деле вообще неэффективно. Во-первых, в процессе электролиза для работы используется энергия, такая как электричество в доме или автомобильный аккумулятор. Таким образом, по законам природы система использует больше энергии для производства водорода, чем сам полученный водород может дать, по словам доктора Фабио Кьяра, научного сотрудника в области альтернативного сжигания топлива в Центре автомобильных исследований Университета штата Огайо.

Более того, говорит Кьяра, количество парниковых газов, производимых автомобилем, «было бы намного больше, потому что задействованы два процесса сгорания [бензина и водорода]. Наконец, есть соображения безопасности для потребителей, которые добавляют эти устройства в свои автомобили. «H3 — легковоспламеняющийся и взрывоопасный газ, — говорит он, — и требует особой осторожности при установке и использовании.

Процесс электролиза мог бы быть жизнеспособным с точки зрения экономии энергии, если бы для его питания можно было использовать возобновляемый, экологически чистый источник энергии, такой как солнце или ветер, хотя получение достаточного количества этого источника энергии на борту автомобиля было бы еще одним препятствием.

Сегодня исследователи уделяют больше внимания использованию водорода для питания топливных элементов, которые могут заменить двигатели внутреннего сгорания в автомобилях и выбрасывать только воду из выхлопной трубы.И хотя водород горюч и может питать двигатель внутреннего сгорания, использование водорода таким образом растратило бы его лучший потенциал: для питания топливного элемента.

Автомобили на водородных топливных элементах набирают обороты, но коммерциализация водородного топлива еще не завершена. «Потенциальные преимущества топливных элементов значительны», — говорят исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (NREL). «Однако необходимо преодолеть множество проблем, прежде чем системы топливных элементов станут конкурентоспособной альтернативой для потребителей.

В штате Калифорния действует программа «Hydrogen Highway», которая поддерживает развитие технологий и инфраструктуры в области водородных топливных элементов. И многие компании работают над способами производства, хранения и распределения водорода. Автомобили, работающие на топливных элементах, сейчас находятся на стадии прототипа и приближаются к производству.

Пока мы все ждем, чтобы увидеть, что из этого выйдет, лучшим выбором сегодня для большого пробега и низкого уровня выбросов по-прежнему остается бензиново-электрический гибридный автомобиль.

КОНТАКТЫ : Центр автомобильных исследований, http://car.eng.ohio-state.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.