Машина на водороде


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.

Попов Андрей Геннадьевич

Автослесарь, стаж работы 19 лет

Задать вопрос

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.

 

Мелехов Алексей Викторович

Автоэлектрик , стаж работы 9 лет

Задать вопрос

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

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

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

Mazda RX-8 Hydrogen RE

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

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

Где заправляют водородные автомобили?

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

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

Автозаправки бывают 3 типов:

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

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

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

Список автомобилей на водородном топливе

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

Honda Clarity

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

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

Toyota Mirai

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

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

Ford Airstream

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

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

Mercedes-Benz GLC F-CELL

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

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

Pininfarina h3 Speed

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

BMW Hydrogen 7

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

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

Hyundai Nexo

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

Grove Obsidian

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

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

Другие авто

Ограниченно выпускают:

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

Испытывают:

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

Есть ли будущее у автомобилей на водородном топливе

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

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

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

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

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

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

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

Видео: Автогиганты бьют по ТЕСЛА: ВОДОРОДНЫЕ автомобили будущего!

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

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


Сколько раз прочитали статью:
4 768

Водородомобиль Toyota Mirai — первый тест — журнал За рулем

Примеряем будущее за рулем первого серийного автомобиля на топливных элементах. Футуристический седан Toyota Mirai потребляет исключительно водород. В баки моей машины его поместился ровно килограмм. До заправки трип-компьютер обещал 260 км пути, после — 330 км. Но я уверен, что смогу проехать все пятьсот!

23-Toyota-Mirai_zr-12_15

Toyota Mirai. Производство Япония. От 66 000 евро в Германии.

Toyota Mirai. Производство Япония. От 66 000 евро в Германии.

Литр дизеля за один евро? В Гамбурге? Фантастика! Прекрасно помню, что год назад, когда я путешествовал на машине по Европе, солярка была ощутимо дороже. Но вот очередная АЗС — и тоже евро за литр… Просто в Германии, в отличие от России, цены на нефтепродукты оперативно переписывают вслед за ценой на нефть не только в бóльшую сторону, но и в меньшую.

Даже жаль, что ни дизель, ни бензин мне сегодня ни к чему — ведь я веду по окрестностям Гамбурга первый в мире серийный автомобиль на топливных элементах. Для заправки футуристического седана Toyota Mirai требуется исключительно водород.

ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Все происходит точь-в‑точь как на обычной АЗС. Через терминал я оплачиваю необходимое количество топлива, присоединяю штекер к заправочной горловине, и в течение трех-четырех минут водород заполняет топливные баки. Это два баллона высокого давления (700 бар) из углепластика с трехслойной структурой: 60‑литровый размещен под задним сиденьем, а другой (62,4 л) — ближе к задней подвеске. Суммарная емкость — пять килограммов водорода.

03-Toyota-Mirai_zr-12_15

Toyota Mirai. Интерьер качественный, воздушный; эргономика, несмотря на экзотическую архитектуру панели, не хворает. Приятно порадовало наличие автодоводчиков всех стекол. И неприятно огорчила задумчивость мультимедиасистемы с сенсорными кнопками.

Toyota Mirai. Интерьер качественный, воздушный; эргономика, несмотря на экзотическую архитектуру панели, не хворает. Приятно порадовало наличие автодоводчиков всех стекол. И неприятно огорчила задумчивость мультимедиасистемы с сенсорными кнопками.

Материалы по теме

Материалы по теме

На всю Германию — лишь девятнадцать общедоступных водородных заправок. По заверению производителя, Toyota Mirai на полных баках может проехать 500 км, а тестовый маршрут проложен так, что в поле я не встану; но очевидно, что нынешняя водородная инфраструктура пока не в состоянии обеспечить комфортную жизнь владельцам водородомобилей.

Ситуация изменится к 2023 году, когда число водородных заправок в Германии перевалит за четыре сотни. Стоимость проекта — свыше 400 миллионов евро, по миллиону на каждую АЗС. Внушительную часть средств инвестируют фирмы Toyota, Honda, BMW, Volkswagen и Daimler.

В Японии к концу года будет функционировать около восьмидесяти водородных АЗС, тоже при участии автопроизводителей. В США — около тридцати.

Я же перехожу от теории к практике. Включаю (как непривычно применять этот термин!) автомобиль кнопкой Start/Stop, обнуляю трип-компьютер, маленьким джойстиком на консоли выбираю режим Drive и абсолютно бесшумно трогаюсь с места.

01-Toyota-Mirai_zr-12_15

Toyota Mirai. За два дня не встретил никого, кто был бы в восторге от внешнего облика машины. Впрочем, о вкусах не спорят. По крайней мере, внешность Mirai запоминается.

Toyota Mirai. За два дня не встретил никого, кто был бы в восторге от внешнего облика машины. Впрочем, о вкусах не спорят. По крайней мере, внешность Mirai запоминается.

При заправке «до полного» в баки моей машины влез ровно килограмм водорода. До заправки трип-компьютер обещал 260 км пути. После — 330 км. Но я уверен, что смогу проехать все пятьсот!

Материалы по теме

Материалы по теме

КИЛО НАДЕЖДЫ

Toyota Mirai — по сути, электромобиль. Электричество вырабатывается в блоке топливных элементов при взаимодействии водорода и кислорода. Электрический ток проходит через инвертор (Fuel Cell Boost Converter), где преобразуется из постоянного в переменный, а напряжение увеличивается до 650 В.

Реакция происходит без процесса горения, а «выхлоп» — безвредный водяной пар.

Тяговый синхронный электродвигатель приводит в движение передние колеса. Питание — не только от топливных элементов, но и от расположенной в задней части машины никель-металлгидридной аккумуляторной батареи максимальной выходной мощностью 21 кВт: она подпитывается при рекуперативном торможении и отдает энергию при резких ускорениях. Максимальная отдача электромотора — 113 кВт (154 л.с.).

Mirai весит 1850 кг, и полторы сотни «лошадей» не сулили ничего интересного. Но водородомобиль оказался отнюдь не беззубым! Крутящий момент в 355 Н∙м, доступный во всем диапазоне оборотов, обеспечивает уверенный разгон. А ускорение в режиме Power (принудительно задействуется вторичная батарея) таково, что тебя вжимает в сиденье — поневоле веришь в заявленные 9,6 секунды разгона до сотни. На безлимитном автобане я играючи разогнал Mirai до 180 км/ч!

13-Toyota-Mirai_zr-12_15

Toyota Mirai. Двухместный задний диван роскошен: солидный запас для коленей, индивидуальный обогрев.

Toyota Mirai. Двухместный задний диван роскошен: солидный запас для коленей, индивидуальный обогрев.

Благодаря низкому центру тяжести управляемость крупного седана очень надежна. А вот куража нет. Ездить нужно спокойно, наслаждаясь плавностью хода и тишиной. Лишь при интенсивных разгонах в салон прорывается едва уловимый троллейбусный гул.

Двухцветный интерьер приятен глазу и комфортен. Несмотря на экзотическую архитектуру панели, я не испытываю никаких неудобств — эргономика в порядке, а среди оснащения есть даже обогрев сидений заднего ряда и руля. Расстроила лишь безбожно тормозящая мультимедийная система с сенсорными кнопками.

По автобану я проехал буквально километров пять. Съехал на второстепенную дорогу, включил режим Eco и покатил предельно размеренно. А теперь предс

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

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

Когда появились первые автомобили на водороде?


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

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

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

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

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

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

А где брать водород?


Водород можно получать разными методами:
  • паровая конверсия метана и природного газа;
  • газификация угля;
  • электролиз воды;
  • пиролиз;
  • биотехнологии.

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

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

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

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


Источник

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

Как работает топливная система и какие есть варианты?


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

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


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

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

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

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

Такие автомобили опасны? Почему?


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

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

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

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

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

Какой срок службы у топливных ячеек?


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

Какие компании уже выпускают или собираются выпускать автомобили на водороде?


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

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

Сколько это стоит?


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

Чем водородные авто лучше электромобилей?


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

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

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

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

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


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

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


Водородные АЗС в 2019 году(источник)

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

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

Автомобиль на водороде. Пора ли прощаться с бензином? / Блог компании Toshiba / Хабр

Привет, Хабр! К нашей прошлой статье о водородной энергетике вы написали очень интересные и справедливые комментарии, ответы на которые вы сможете найти в этом материале, посвященном использованию водорода в автомобилях.

Действительно, в сравнении с бензином водород — одна сплошная проблема: его очень трудно хранить и непросто получать, он взрывоопасен, а водородные автомобили в разы дороже бензиновых. Но при этом водород считается наиболее перспективным видом альтернативного топлива для транспорта. К тому же, на производство водородных автомобилей инвесторы готовы тратить многомиллиардные инвестиции.

Приговор бензину уже подписан


Согласно последнему отчету BP Statistical Review of World Energy 2018, мировые разведанные запасы нефти составляют 1,696 млрд баррелей, чего при сохранении текущего уровня потребления хватит лет на пятьдесят. Неразведанные запасы нефти, предположительно, дадут нам еще полвека углеводородной энергетики, но и стоимость ее добычи может оказаться такой, что нефть попросту станет невыгодна в сравнении с другими источниками энергии. Когда месторождения с удобной добычей истощатся, цена на сырье автоматически пойдет вверх: если сейчас стоимость добычи барреля в России некоторыми оценивается в 2-3 доллара (по альтернативным оценкам, в 18 долларов), то для сланцевой нефти это уже 30-50 долларов. А впереди у человечества реальная перспектива перейти на добычу шельфовой и арктической нефти, цена которой будет еще выше.

Всплеск интереса к электротранспорту в 70-х годах XX века возник как раз на фоне скачкообразного роста цен на нефть из-за политического кризиса — недостатка в сырье не было, но четырехкратный рост цен мгновенно сделал бензиновые автомобили и нефтяную энергетику роскошью.

А еще на пути бензиновых авто встали более спорные препятствия — забота об экологии в городах и странах, где автомобильный выхлоп стал проблемой. Из-за этого, например, Германия приняла резолюцию о запрете производства автомобилей с ДВС с 2030 года. Франция и Великобритания обещают отказаться от углеводородного топлива до 2040 года. Нидерланды — до 2030 года. Норвегия — до 2025 года. Даже Индия и Китай рассчитывают запретить продажи дизельных и бензиновых авто с 2030 года. Париж, Мадрид, Афины и Мексика запретят к использованию дизельные машины с 2025 года.

Сжигание водорода в ДВС


Сжигание водорода в обычном двигателе внутреннего сгорания кажется самым простым и логичным способом применения газа, ведь водород легко воспламеняется и сгорает без остатка. Однако из-за разницы в свойствах бензина и водорода перевести ДВС на новый вид топлива оказалось не так-то просто. Сложности возникли с долгосрочной эксплуатацией движков: водород вызывал перегрев клапанов, поршневой группы и масла, из-за втрое большей, чем у бензина, теплоты сгорания (141 МДж/кг против 44 МДж/кг). Водород неплохо показывал себя на низких оборотах движка, но при росте нагрузки возникала детонация. Возможным решением проблемы была замена водорода на бензиново-водородную смесь, концентрация газа в которой динамически уменьшалась по мере роста оборотов двигателя.


Двухтопливная BMW Hydrogen 7 в кузове E65 сжигает водород в ДВС вместо бензина
Источник: Sachi Gahan / Flickr

Одним из немногих серийных автомобилей, где водород сжигался в ДВС подобно другому топливу, стал BMW Hydrogen 7, вышедший всего в 100 экземплярах в 2006–2008 годах. Модифицированный шестилитровый ДВС V12 работал на бензине или водороде, переключение между видами топлива происходило автоматически.

Несмотря на успешное решение проблемы перегрева клапанов, на этом проекте все равно поставили крест. Во-первых, при сжигании водорода мощность двигателя падала примерно на 20% — с 260 л. с. на бензине до 228 л. с. Во-вторых, 8 кг водорода хватало всего на 200 км пробега, что в разы меньше, чем в случае с дизельными элементами. В-третьих, Hydrogen 7 появился слишком рано — когда «зеленые» автомобили еще не были так актуальны. В-четвертых, ходили упорные слухи, что Агентство по охране окружающей среды США не разрешило называть Hydrogen 7 автомобилем без вредного выхлопа — из-за особенностей работы ДВС, частицы моторного масла попадали в камеру сгорания и там воспламенялись вместе с водородом.

Mazda RX-8 Hydrogen RE — тот случай, когда водород загубил всю динамику роторного двигателя. Источник: Mazda

Еще раньше, в 2003 году, была представлена двухтопливная Mazda RX-8 Hydrogen RE, добравшаяся до заказчиков только к 2007 году. При переходе на водород от мощности легендарного роторного RX-8 не оставалось и следа — мощность падала с 206 до 107 л. с., а максимальная скорость — до 170 км/ч.

BMW Hydrogen 7 и Mazda RX-8 Hydrogen RE были лебединой песней водородных ДВС: к моменту появления этих автомобилей стало окончательно ясно, что куда эффективней использовать водород в давно известных топливных элементах, чем просто жечь.

Топливные элементы в автомобилях


Первым успешным экспериментом по созданию транспортного средства на водородном топливном элементе можно считать трактор Гарри Карла, построенный в 1959 году. Правда, замена дизеля на топливный элемент снизила мощность трактора до 20 л. с.

В последние полвека водородный транспорт выпускался в штучных экземплярах. Например, в 2001 году в США появился автобус Generation II, водород для которого производился из метанола. Топливные элементы создавали мощность до 100 кВт, то есть около 136 л. с. В том же году российский ВАЗ представил «Ниву» на водородных элементах, известную под именем «Антэл-1». Электродвигатель выдавал мощность до 25 кВт (34 л. с.), разгонял авто максимум до 85 км/ч и на одной заправке работал 200 км. Единственный произведенный автомобиль остался «лабораторией на колесах».


Российский автомобиль на водородных топливных элементах — в то время технологии ушли дальше дизайна. Источник: «АвтоВАЗ»

В 2013 году Toyota встряхнула автомобильный мир, представив модель Mirai на водородных топливных элементах. Уникальность ситуации была в том, что Toyota Mirai был не концепт-каром, а готовым к серийному производству автомобилем, продажи которого начались уже год спустя. В отличие от электромобилей на аккумуляторах, Mirai сама вырабатывала электричество для себя.


Toyota Mirai. Источник: Toyota

Электродвигатель переднеприводной Mirai имеет максимальную мощность 154 л. с., что немного для современного электромобиля, но весьма неплохо в сравнении с водородными авто прошлого. Теоретический запас хода на 5 кг водорода составляет 500 км, фактический — около 350 км. Tesla Model S по паспорту может пройти 540 км. Вот только на заправку полного бака водорода уходит 3 минуты, а батарея Tesla заряжается до 100% за 75 минут на станциях Tesla Supercharger и до 30 часов от обычной розетки на 220 В.

Постоянный ток из 370 водородных топливных элементов Mirai преобразуется в переменный, а напряжение увеличивается до 650 В. Максимальная скорость машины достигает 175 км/ч — немного в сравнении с углеводородным топливом, но более чем достаточно для повседневной езды. Для запаса энергии используется никель-металл-гидридный аккумулятор на 21 кВт∙ч, в который передаётся избыток от топливных элементов и энергия рекуперативного торможения. Учитывая японские реалии, при которых населённые пункты могут в любой момент пострадать от землетрясения, в багажнике Mirai 2016-го модельного года установлен разъем CHAdeMO, через который можно организовать электроснабжение небольшого частного дома, что делает автомобиль генератором на колёсах с предельной ёмкостью 150 кВт∙ч.

Кстати, всего за несколько лет Toyota удалось значительно уменьшить массу генератора: если в начале века в прототипах он весил 108 кг и выдавал 122 л. с., то в Mirai топливный элемент вдвое компактней (объем 37 литров) и весит 56 кг. Справедливо будет прибавить к этому 87 кг топливных баков.

Для сравнения, популярный современный турбомотор Volkswagen 1.4 TSI схожей с Mirai мощностью 140–160 л.с. славится своей «лёгкостью» благодаря алюминиевой конструкции — он весит 106 кг плюс 38–45 кг бензина в баке. Кстати, батарея Tesla Model S весит 540 кг!

За 4 км пробега Mirai вырабатывает только 240 мл дистиллированной, относительно безопасной для питья воды — энтузиасты, пробовавшие «выхлоп» Mirai, сообщали только о лёгком привкусе пластика.

Пить воду, слитую из Mirai, безопасно, хотя сперва зрелище шокирует

В Toyota Mirai установлено сразу два бака для водорода на 60 и 62 литра, в сумме вмещающих 5 кг водорода под давлением 700 атмосфер. Toyota разрабатывает и производит водородные баки самостоятельно вот уже 18 лет. Бак Mirai сделан из нескольких слоёв пластика с углеволокном и стеклотканью. Использование таких материалов, во-первых, повысило стойкость хранилищ к деформации и пробитию, а, во-вторых, решило проблему наводораживания металла, из-за которого стальные баки теряли свои свойства, гибкость и покрывались микротрещинами.

Строение Toyota Mirai. Спереди расположен электродвигатель, топливный элемент спрятан под водительским сидением, а под задним рядом и в багажнике установлены баки и аккумулятор. Источник: Toyota

Каковы перспективы?


По оценкам Bloomberg, к 2040 году автомобили будут потреблять 1900 тераватт-час вместо 13 млн баррелей в сутки, то есть 8% от спроса на электричество по состоянию на 2015 год. 8% — пустяк, если учесть, что сейчас до 70% добываемой в мире нефти уходит на производство топлива для транспорта.

Перспективы рынка аккумуляторных электромобилей куда более явные и впечатляющие, чем в случае с водородными топливными ячейками. В 2017 году рынок электромобилей составлял 17,4 млрд долларов, в то время как водородный автомобильный рынок оценивался в 2 млрд долларов. Несмотря на такую разницу, инвесторы продолжают интересоваться водородной энергетикой и финансировать новые разработки.

Примером тому является созданный в 2017 году «Водородный совет» (Hydrogen Council), включающий 39 крупные компании, таких как Audi, BMW, Honda, Toyota, Daimler, GM, Hyundai. Его целью является исследование и разработка новых водородных технологий и их последующее внедрение в нашу жизнь.

Водородные Автомобили в России. ᐈ Каталог авто на водородном топливе| Электромобили.Ру

Эффективное, но дорогое топливо

Публика уже привыкла к борьбе за популярность гибридов, машин с ДВС или электрокаров. Последние пока что занимают самую выгодную позицию, а может ли появиться еще кто-то эффективнее и экологичнее? Тогда стоит вспомнить о транспорте на водородном топливе. Такие машины очень похожи на электрические авто отсутствием вредных выхлопов, однако главное достоинство в заправке — для наполнения баллона водородом до отказа нужно около 10 минут, а хватит горючего на дистанцию в 500 км. Кажется, намного выгоднее, чем электромобиль, однако так ли это на самом деле?

История водородных автомобилей

Еще в 1990-х годах производители углубились в разработку транспортных средств, которые передвигаются на топливных элементах. Основная причина поиска альтернативного горючего — введение новых стандартов выбросов CO2 и энергетический кризис. Единственные экологически чистые автомобили того времени — электрокары, имели несколько ограничений: длительная зарядка аккумулятора, небольшой запас хода, дорогостоящие комплектующие. В итоге компании начали искать другой способ привести машину в действие.

В качестве основного топливного элемента выбрали водород. Химические свойства, экологичность и распространенность в окружающей среде подтолкнули инженеров к мысли, что работа с этим веществом может принести доход и внушительные перспективы. Водородные машины должны были проезжать такие же дистанции, как и бензиновые аналоги, с той же мощностью и скоростью. Однако основная сложность была в другом — как изготовить необходимый двигатель и направить энергию топливного элемента в правильное русло?

Оказывается, первый ДВС на водороде был придуман еще в позапрошлом веке. Большинство экспертов склоняются к исследованиям французского естествоиспытателя Франсуа де Риваз, который в начале XIX века получал водород электролизом воды. В современном мире крупные производители почти одновременно выпустили водородные автомобили с похожей базовой технической “начинкой”.

Принцип работы автомобилей на водородных элементах

Механизм работы и типы моторов очень похожи на деятельность электромобилей, но главное отличие в способе создания энергии. Машины на топливных элементах тоже используют электричество для движения, но получают его не от заряда розеткой. Энергия вырабатывается в процессе физико-химических реакций, которые происходят в самом агрегате. Принцип работы состоит в следующем:

  • автомобиль заправляется водородом, который контактирует с кислородом и катализатором. В результате вырабатывается электрический ток, который насыщает энергией двигатель и батарею.

Подобный транспорт заправляют на специальных станциях, которые самостоятельно вырабатывают водород с помощью электролиза воды. Обслуживание автомобиля означает замену водородных элементов, которые исчерпали свой ресурс. Обычно заменяют катализаторную мембрану, которая помогает вырабатывать электричество.

Преимущества использования автомобилей на водородном двигателе

  • Расширение продукции. Разработка и производство прототипа может обойтись в 1 млн долларов. Если создавать концепт для автовыставки, то такое транспортное средство не обязательно должно ездить. Для крупных автомобильных концернов эта сумма небольшая, но какой может быть результат. Вполне возможно, что через пару лет водородные технологии будут на высоте.
  • Неисчерпаемость. Мировой океан содержит 1,2×1013 тонн водорода, при этом суммарная масса элемента — 1% от общей массы планеты. Однако самое главное достоинство водорода в том, что при сгорании он превращается в воду. Происходит круговорот веществ в природе.
  • Экологичность. Когда водород используется в качестве топлива, то не происходит парниковый эффект (в результате выделяется вода). Водород быстро улетучивается и не создает никаких застойных зон.
  • Безопасность. Весовая теплотворная способность элемента в 2,8 раза выше, чем у бензина. А это значит, что водород воспламеняется в 15 раз меньше, чем углеводородное горючее.

Недостатки владения водородными автомобилями

Рассмотреть минусы транспорта на топливных элементах можно на примере первого массового водородного авто Toyota Mirai. Как оказалось, у машин подобной модификации, есть и темная сторона.

  • Стоимость. Сегодня японский автомобиль на водороде продается почти за 70 000$ в среднем, а это цена базовой версии Tesla Model S в США. Toyota Mirai дороже Chevrolet Volt или Toyota Prius в 2-3 раза. При этом компания еще и теряет доход, поскольку инсайд-информация указывает на реальную стоимость автомобиля в 100 000$. Еще один водородный автомобиль Hyundai Tucson (iX35) Fuel Cell вышел совсем недавно лимитированной серией. Модель оценили в 144 000$.
  • Заправка. Сегодня 1 кг водорода стоит почти 8$, а если брать расход 1-1,3 кг на дистанцию в 100 км, то стоимость поездки можно сравнить с движением на бензиновом автомобиле. Гибридный или дизельный агрегат будет даже выгоднее. В это время на 100 км на электромобиле можно потратить меньше 2$. При этом водород труднодоступен. Даже в мегаполисах не так легко найти подходящую заправочную станцию. Все потому, что этот бизнес и не очень выгодный. Для строительства небольшой водородной АЗС необходимо почти 300 000$, а для станции среднего размера — 2 000 000$. Небольшая заправка может заправить за сутки около 30 машин, а на большая почти 250 агрегатов. Это небольшие цифры при затратах на содержание подобных станций. Еще существуют и крупные АЗС, но они могут обойтись в 10 000 000$. Такие предприятия строятся рядом с заводами по выработке водорода, или же на станции должно быть большое хранилище. Все это сложное и дорогое строительство.
  • Габариты и вес. Модель на топливных элементах Toyota Mirai имеют длину 4900 мм и вес в 1850 кг, вместимость до 4 пассажиров и багажное отделение в 361 л. Параметры указывают на то, что водородное авто тяжелое и не особо просторное. Лишний вес образуется из-за сложной конструкции: топливные ячейки, электрический преобразователь и дополнительный аккумулятор. Небольшой салон получается из-за массивных баллонов для водорода. Ситуация с электромобилем немного легче — хотя и присутствует крупная АКБ, зато конструкция проще.

Каковы будущие перспективы FCEV?

Идея использовать двигатели на топливных элементах потихоньку развивается не только в умах производителей, но и на деле. Особенно радужные перспективы применения водородных моторов для общественного транспорта. В Германии ездят сотни городских и туристических автобусов на водороде. В 2017 году был анонсирован выпуск первого поезда на водородном топливе, который сможет заменить дизельные составы.

Однако многие эксперты считают, что когда будет придуман способ быстрой зарядки электромобиля, то водородные машины могут отойти на второй, или даже третий план. Все дело в том, что решение всех проблем, связанных с транспортом на водороде займет намного больше времени, чем строительство сверхбыстрых станций. Первая такая “заправочная” станция появилась в США в 2017 году, а в 2018 году несколько предприятий должны открыться в Европе. Но пока станции для электрокаров не так быстро распространяются, водородные автомобили набирают популярность.

ТОП-10 существующих водородных автомобилей - Авто Информатор

Бензиновые двигатели доживают свои последние годы. Несколько лет назад немецкий государственный орган (Бундесрат) обратился к Европейской комиссии с предложением к 2030 году запретить на территории Европы автомобили с традиционными двигателями внутреннего сгорания.

Некоторые эксперты считают подобные сроки слишком малыми. Но, вероятно, уже к середине 21 века автомобили, использующие в качестве топлива нефтепродукты, окончательно исчезнут с дорог общего пользования.

Что их заменит? Первое, что приходит в голову большинству – электромобили. Эта технология сейчас развивается особенно активно. Но существует и альтернатива. Ископаемое топливо могут заменить водородные ячейки.

Возможно, вам уже приходилось слышать о водородных автомобилях. Конечно, пока эта технология считается экзотикой. Отчасти – из-за слабой инфраструктуры. Например, сейчас на территории США действует около 15 тысяч зарядных станций для электромобилей, а вот редкие станции с водородными ячейками встречаются только в Калифорнии. Тем не менее, списывать водородную технологию со счетов было бы опрометчиво. И Авто Информатор подготовил 10 реально существующих водородных автомобилей, многие из которых дадут фору любому электромобилю.

Toyota Mirai

Toyota работает над водородным автомобилем дольше всех в мире. Компания посвятила этой технологии более 23 лет. Вот как выглядит рабочий водородный автомобиль Toyota Mirai:

Toyota Mirai

Mirai начали поставляться на японский рынок еще в 2014 году, но продажи в Калифорнии стартовали только в октябре 2015 года. Всего на территории штата было продано 836 автомобилей. К 2020 году Toyota планирует продать 30 тысяч экземпляров Mirai по всему миру. Этот автомобиль способен проехать на одной заправке 312 миль (около 500 км). Его предельная скорость – 111 миль в час (178 км/ч).

Mirai оборудован фронтальным радаром. Бортовой компьютер умеет распознавать препятствия и при необходимости активировать тормоза. Также автомобиль оснащен системой, которая следит за уходом из полосы. Если водитель на трассе отвлекся и автомобиль сместился в сторону, бортовой компьютер подаст водителю сигнал. В салоне машины установлены сенсорные дисплеи. Верхний дисплей используется для управления навигацией, нижний – для контроля кондиционера и аудиосистемы.

Салон Mirai

Honda Clarity

В конце 2016 года компания Honda начала продавать на территории Калифорнии автомобиль Clarity. На одной топливной ячейке этот автомобиль может проехать 366 миль (589 км). Пока это – абсолютный рекорд для автомобилей с небензиновыми двигателями. При этом, в отличие от электромобилей, «заправка» Honda Clarity длится не более 5 минут.

Honda Clarity

Lexus

Lexus показал лишь внешний вид своего водородного автомобиля. Компания планирует выпустить машину на рынок лишь в 2020 году. Вероятно, спецификации авто станут известны раньше.

Водородный Lexus

Электронная начинка автомобиля обещает быть невероятно продвинутой. Например, по словам разработчиков, всеми системами можно будет управлять при помощи голоса или жестов.

Audi h-tron quattro

На ежегодной выставке 2016 года Detroit Auto Show компания Audi показала концепт-кар h-tron quattro. Разработчики утверждают, что их водородная машина сможет проезжать на одной заправке 372 мили (598 км).

Audi h-tron quattro

От нуля до сотни километров в час этот автомобиль умеет разгоняться за 7,1 секунды. h-tron quattro оснащен «виртуальным кокпитом». Иными словами, все элементы управления, кроме руля и педалей, представлены в виде сенсорных дисплеев. Автомобиль оснащен умным помощником водителя, который выводит на приборную панель трехмерную карту местности в режиме реального времени. Это должно помочь водителю лучше ориентироваться на дороге.

Салон Audi h-tron quattro

Салон автомобиля очень просторен. На подголовниках водителя и пассажира сзади установлены мониторы. Пока неясно, планирует ли Audi серийный выпуск h-tron quattro, или все ограничится единичным концепт-каром. Но, так или иначе, компания явно исследует водородную технологию.

BMW

BMW также работает над водородным автомобилем, который планирует выпустить в 2020 году. Единственное, что известно об этом автомобиле, помимо его внешнего вида – он будет проезжать на одной заправке более 300 миль (482 км) и заправляться за 5 минут.

Водородный BMW

Ford

Компания Ford выпустила на рынок относительно недорогой водородный автомобиль в 2017 году. Интересно, что еще в январе 2013 года Ford анонсировали сотрудничество с Daimler и Nissan в сфере топливных ячеек. Правда, с тех пор о совместных разработках компаний не просочилось ни слова.

Водородный авто от Ford

Mercedes-Benz GLC F-Cell

Mercedes-Benz разработала гибрид, сочетающий черты электромобиля и авто с водородным двигателем. Новинка называется GLC F-Cell. По словам разработчиков, 30 миль (48 км) машина может пройти на чистом электричестве, а в сочетании с водородом расстояние увеличивается до 310 миль (498 км).

Mercedes-Benz GLC F-Cell

Водородный бак заполняется всего за 3 минуты. Машина поступила в продажу в 2017 году.

Riversimple Rasa

Уэльский стартап Riversimple разрабатывает водородный автомобиль под названием Rasa. Автомобили подобного типа планируется сдавать в аренду жителям Британии. Прототип Rasa способен проехать на одной заправке до 300 миль (482 км). При этом сама машина весит не более 600 килограмм.

Riversimple Rasa

Внутренняя отделка автомобиля сочетает винтажный дизайн с современными материалами.

Pininfarina h3 Speed

Итальянская компания Pininfarina также представила свой спортивный водородный автомобиль h3 Speed. Машина разгоняется от нуля до сотни километров в час всего за 3,4 секунды.

Pininfarina h3 Speed

Предельная скорость h3 Speed – 186 миль в час (299 км/ч). Заправка занимает всего 3 минуты. У трек-кара Pininfarina h3 Speed водород хранится под давлением 700 бар в двух резервуарах суммарной вместимостью 6,1 кг. Автомобиль обладает эффективной системой рекуперативного торможения, а также системой контроля вектора тяги. Стоимость внушительная – 2,5 млн долларов.

General Motors – Chevrolet Colorado Zh3

Пожалуй, самый красивый и мощный автомобиль представила компания General Motors. Этот автомобиль предназначен для американской армии.

Chevrolet Colorado Zh3

Автомобиль имеет 37-дюймовые колеса. Его высота – 198 см, а ширина – 213 см. Уже в 2017 году армия США протестировала машину в экстремальных условиях. Представители General Motors утверждают, что во время тестов уже успели откатать на водороде около 5 млн километров. Технические характеристики мощного пикапа для военных не разглашают, поскольку часть данных о разработке засекречена.

Ранее мы писали, что в Украине в 2018 году стоимость топлива достигла рекордной отметки, а также производство Укравтопрома упало на 23%.

Анна Демчук

автомобилей на водороде Транспортные средства на топливных элементах и ​​инфраструктура

Некоторые говорят, что будущее за водородными автомобилями, но на самом деле они уже здесь (спросите Hyundai и Toyota). Когда автомобили h3 станут статус-кво, США смогут уменьшить свою зависимость от иностранной нефти, добиться снижения цен на топливные насосы и сократить выбросы парниковых газов, вызывающих глобальное потепление.

НЕДАВНИЕ ЗАПИСИ

Будущее автомобилей h3 не является несбыточной мечтой, поскольку на дорогах уже есть много автомобилей с водородными топливными элементами (FCV) и h3ICE (водородные двигатели внутреннего сгорания).В Калифорнии, Японии и Европейском союзе (особенно в Германии) сейчас много автомобилей h3 используются в качестве транспортных средств.


Автомобили на водородных топливных элементах

В 2005 году Honda передала в аренду первый коммерческий FCV семье в Редондо-Бич, Калифорния. В 2008 году Honda FCX Clarity стала первым автомобилем на топливных элементах, построенным на производственной линии и переданным в аренду той же семье и десяткам других. В конце 2012 года Hyundai начала строить производственные линии автомобилей на топливных элементах для продажи менеджерам автопарков по всему миру.

В течение последних 36 лет Лос-Аламосская национальная лаборатория (LANL) проводила исследования топливных элементов для использования на транспорте, в промышленности и в жилых помещениях.

В отличие от многих гибридных и «зеленых» транспортных средств, представленных в настоящее время на рынке, водородные топливные элементы могут предложить технологию с нулевым уровнем выбросов, при которой единственным побочным продуктом от автомобилей является тепло и водяной пар. Современные автомобили, работающие на ископаемом топливе, выбрасывают в атмосферу всевозможные загрязнители, такие как двуокись углерода, окись углерода, закись азота, озон и микроскопические твердые частицы.


Нулевые выбросы…

Гибриды и другие экологически чистые автомобили решают эти проблемы в значительной степени, но только водородные автомобили обещают нулевой выброс загрязняющих веществ. По оценкам Агентства по охране окружающей среды, автомобили, работающие на ископаемом топливе, ежегодно выбрасывают в атмосферу 1 ½ миллиарда тонн парниковых газов, и переход на водородный транспорт практически устранил бы это.

Мало того, автомобили H3 уменьшат зависимость Соединенных Штатов от иностранной нефти.Так называемая «водородная магистраль» будет означать меньшую зависимость от ОПЕК, крупных нефтяных компаний США, сбои в работе и поломки нефтеперерабатывающих заводов и меньшее сопротивление со стороны стран-продавцов нефти, таких как Венесуэла и Саудовская Аравия, или со стороны враждебных стран, которые предпочли бы продавать нефть в других местах.


BMW с водородным двигателем внутреннего сгорания

Потребители наконец-то получат передышку от нескончаемого роста цен на бензоколонки.

Президент Джордж У.Буш, когда он был у власти, выделил около 2 миллиардов долларов на исследования водородных магистралей. Бывший губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер настаивал на строительстве к 2010 году 200 заправочных станций на 3 кв. М от Ванкувера, Британская Колумбия, до Бахи, Калифорния (но не смог достичь этой цели из-за плохой экономики и отсутствия политической воли) .

Поскольку калифорнийцы покупают пятую часть автомобилей в стране, это место является одним из мировых центров распространения технологий FCV.Это особенно актуально в районе Лос-Анджелеса.

Новая технология топливных элементов может заменить нынешний бензиновый двигатель в так называемой «прорывной технологии», когда появляется что-то настолько инновационное, что просто очень быстро заменяет старую технологию (например, Интернет или сотовые телефоны). Однако более вероятным сценарием является медленный и кропотливый процесс создания инфраструктуры для заправки водородом в так называемой «кластерной модели».

Toyota Mirai

Модель кластера…

Эта кластерная модель включает строительство водородных заправочных станций в таких населенных пунктах, как Лос-Анджелес и Сан-Франциско, и развертывание водородных автомобилей в тех же местах.После этого в более крупных городах появятся кластеры АЗС и автомобилей на топливных элементах. В конце концов, эти кластеры необходимо будет подключить через инфраструктуру.

Переход от двигателей внутреннего сгорания с бензиновым двигателем к двигателям внутреннего сгорания, работающим на водороде, по мнению большинства ученых и инженеров, будет особенно простым и позволит выиграть время для полной адаптации автомобилей на топливных элементах.

Но все 8 крупных автопроизводителей продвигают автомобили на топливных элементах, и каждый из них:

.

Hydrogen car - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

В этой статье много вопросов . Пожалуйста, помогите исправить их или обсудите эти проблемы на странице обсуждения .

Водородный автомобиль - это транспортное средство, которое использует водород в качестве топлива для тяги. Автомобиль Hydrogen не обязательно должен быть автомобилем, это может быть любое транспортное средство, которое использует водород аналогичным образом, например, самолет.

Водород - самый простой и самый распространенный элемент во Вселенной. Несмотря на то, что это просто и его так много, водород не встречается в природе в виде газа на Земле: он всегда сочетается с другими вещами. Водород - это много энергии, но двигатель, работающий на чистом водороде, почти не загрязняет окружающую среду.

Преимущества водородной энергетики [изменить | изменить источник]

  • Водород получается из воды, расщепляя его на кислород и водород, поэтому его запасы практически безграничны.
  • Поскольку водород представляет собой двухатомную молекулу, продуктом горения является только вода. Таким образом, он не выделяет вредных газов, выделяемых бензиновыми и дизельными автомобилями, например двуокиси углерода. [1] [2]
  • Сам по себе водород не ядовит. Поэтому в случае утечки водород безопаснее любого другого газа.

Недостатки водородной энергетики [изменить | изменить источник]

  • Трудно хранить большое количество топлива, необходимое для заправки автомобиля.
  • Водород часто берется из невозобновляемых источников, таких как ископаемое топливо.

В принципе, топливные элементы представляют собой электрохимические устройства, такие как батареи, которые напрямую и очень эффективно преобразуют химическую энергию топлива в электричество (DC) и тепло, тем самым устраняя горение. В отличие от батареи, топливный элемент не разряжается и не требует подзарядки. Он будет производить энергию в виде электричества и тепла, пока есть топливо.

Топливный элемент состоит из двух электродов, зажатых вокруг электролита. Кислород проходит по одному электроду, а водород - по другому, производя электричество, воду и тепло.Слои материалов с различными электрохимическими свойствами соединяются вместе, образуя единый гальванический элемент. В основе лежит мембрана, которую могут пересечь только заряженные молекулы. Газопроницаемые электроды, покрытые катализатором, прилипают к этой мембране, добавляя слой с обеих сторон. Электроды, в свою очередь, подключены к устройству, которое может использовать электричество. Газообразный водород течет в каналы на одной стороне ячейки и мигрирует через этот электрод, тогда как то же самое происходит с газообразным кислородом вдоль противоположного электрода.Под воздействием катализатора благоприятный химический состав заставляет водород окисляться в протоны водорода и отдавать свои электроны соседнему электроду, который тем самым становится анодом. Это накопление отрицательного заряда затем следует по пути наименьшего сопротивления через внешнюю цепь к другому электроду. Именно этот поток электронов через цепь создает электричество.

Задача, которую необходимо решить для практического использования водородного автомобиля [изменить | изменить источник]

Важнейшей проблемой, связанной с практическим использованием водородных автомобилей, являются материалы для хранения водорода.Если он использует топливный элемент, который вырабатывает электричество посредством реакции между водородом и кислородом, это не имеет значения. Однако, если метод заключается в том, что водород распыляется в двигатель внутреннего сгорания, это имеет значение. Теперь резервуар для хранения водорода с наибольшей вероятностью - это метод с использованием гидрида металла. Гидрид металла - это обратимая реакция между металлом и водородом, образующая новую форму соединения. В настоящее время технология хранения водорода с использованием металлического соединения для хранения водорода приходит к практическому использованию в части технической, однако емкость хранения водорода на единицу веса не соответствует требованиям пользователя, поэтому эта технология еще не получила широкого распространения.Следовательно, эту проблему следует решить.

.

водородных автомобилей против электромобилей: что более экологично?

Меню
  • Профили организаций
ru
  • FR
  • EN
  • Логин
  • Планета
    • Планета
    • Изменение климата и глобальное потепление: все новости
    • Экосистемы и биоразнообразие
    • Загрязнение

    Прогнозируется, что глобальное потепление приведет к тому, что почвы будут выделять выбросы CO2 в количестве, эквивалентном 5 годам. Защита: 3 документальных фильма середины 2020 года, которые нельзя пропустить

    André Gonçalves

    Подробнее

  • Энергетика и транспорт
    • Энергетика и транспорт
    • Энергосбережение и эффективность
    • Энергетический переход
    • Транспорт и мобильность

    Средняя солнечная панель эффективна всего на 22%.Перовскиты могут установить планку выше

    Андре Гонсалвес

    Подробнее

    Коронавирус: выбросы CO2, как ожидается, снизятся в 2020 году

    Андре Гонсалвес

    Подробнее

    Как долго прослужит батарея электромобиля? Что происходит при утилизации и переработке?

    Андре Гонсалвес

    Подробнее

  • Здоровье и благополучие
.Проверено

автомобилей с водородным двигателем | Водородные автомобили сейчас

Автомобили с водородным двигателем уже дебютировали. Поскольку водород является самым распространенным элементом во Вселенной, имеет смысл только то, что автомобили, работающие на водороде, когда-нибудь будут в центре внимания. Что ж, тот день уже наступил. Хотя автомобили с водородным двигателем еще не готовы к прайм-тайм для потребителей, многие производители демонстрируют свои концептуальные автомобили и прототипы, чтобы заинтересовать потребителей в будущем.


Мерседес F600 Hygenius

На этой странице мы включили несколько фотографий наиболее популярных автомобилей с водородным двигателем в том виде, в каком они существуют сейчас.Некоторые из них работают на водородных топливных элементах, а некоторые - на преобразованных бензиновых двигателях внутреннего сгорания.

Один из первых концепт-каров с водородным двигателем назывался Revolution и производился компанией Fiberforge (ранее Hypercar, Inc.). Хотя этот эксперимент застопорился на этапе водородного топливного элемента, результатом эксперимента стал метод производства сверхлегких автомобилей с использованием углеродных композитов. Вскоре в Fiberforge поняли, что если автомобили будущего, работающие на водороде, будут успешными, то уменьшение веса автомобилей будет иметь важное значение для увеличения расхода топлива при сохранении стандартов безопасности.


Revolution от Hypercar (теперь FiberForge)

DaimlerChrysler, владеющая Mercedes, также объявила о производстве парка автомобилей Mercedes-Benz A-класса с водородным двигателем в США и Европе. Автомобили Mercedes F-Cell получают энергию от сжатого водорода.

Mercedes также представил концепт-кар F600 Hygenius (на фото вверху), который питается от топливных элементов и, как и гибридные автомобили, использует рекуперативное торможение для возврата энергии и перезарядки батарей.Mercedes F600 Hygenius также оснащен розеткой на 240 В, которая, по словам Mercedes, может питать два дома. F600 Hygenius развивает мощность 115 л.с. и имеет запас хода 250 миль. И, поскольку это Mercedes, F600 Hygenius предлагает стандартные функции, такие как встроенные камеры, которые предупреждают водителей, если другие автомобили находятся в их слепых зонах, подстаканники с подогревом и систему Pre-Safe, которая защищает пассажиров при обнаружении приближающейся аварии.

Honda также разработала собственный автомобиль с водородным двигателем и заявила, что ее автомобили сертифицированы Калифорнийским советом по воздушным ресурсам и Агентством по охране окружающей среды и преодолевают расстояния от автомобилей Mercedes, утверждая, что ее автомобили на топливных элементах могут проехать 220 миль без дозаправки, в отличие от 90 миль на бак для Mercedes.

Toyota продемонстрировала концептуальный автомобиль FINE-S с гибридно-электрической трансмиссией на водородных топливных элементах, который был построен на успехе их гибридного бензинового / электрического автомобиля Prius. BMW представила то, что они называют «самым быстрым водородным автомобилем в мире», которое они назвали HR2. BMW заявляет, что HR2 способен развивать скорость более 185 миль в час. H3R не работает на топливных элементах, как большинство других современных автомобилей с водородным двигателем, а вместо этого использует модифицированный 6-литровый 12-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания.

За автомобилями, работающими на водороде, будущее. Самая большая проблема сейчас - это разработка менее дорогих технологий и инфраструктуры для заправки топлива для поддержки потребителей. Многие эксперты считают, что до потребительских автомобилей с водородным двигателем еще 3-10 лет. Но, как и все технологии, один прорыв может означать, что автомобиль с водородным двигателем сразу же появится у вас на подъездной дорожке.

.

2020 Toyota Mirai Электромобиль на водородных топливных элементах

Мы рады, что вы поучаствуете и поделитесь своим мнением и идеями о водородном будущем.

Перед тем, как вы погрузитесь, мы хотели бы убедиться, что вы знаете некоторые из наших правил:

  • Не размещайте ненавистный, незаконный или неприемлемый контент, любую конфиденциальную информацию любого физического или юридического лица, рекламу или спам, а также любой контент или интеллектуальную собственность, которые вы не имеете права публиковать или не хотите делать общедоступными.
  • Вся опубликованная фактическая информация должна быть правдивой, и если вы являетесь сотрудником компании, занимающейся водородной промышленностью, или имеете финансовый интерес или другие материальные связи, имеющие отношение к обсуждению, вы должны сообщать об этом каждый раз при публикации.
  • Мы можем использовать любые комментарии, предложения или отзывы, которые вы оставляете о сайте или наших продуктах, любым удобным нам способом и без какой-либо ссылки или оплаты вам.
  • Мы можем удалить любую публикацию или запретить ваше участие в Обсуждении в любое время, если публикация или ваши действия нарушают какое-либо из наших условий или если мы иным образом определим по нашему собственному усмотрению, что это в наших интересах.

Не согласен Согласен

.

Водородные топливные баки - хранилище жидких и сжатых газов

Поскольку автомобили, работающие на водороде, все еще являются развивающейся отраслью, также появляются водородные топливные баки для автомобилей, грузовиков и других транспортных средств.

Водородные топливные баки бывают двух основных видов, включая те, которые содержат сжатый газообразный водород, и те, которые содержат криогенный водород (переохлажденный жидкий водород).


Водородные топливные баки

Существует третий необычный тип, который представляет собой резервуар, содержащий водородную суспензию (водородное соединение, богатое водородом).По этой ссылке вы можете узнать больше о водородных суспензиях.

Итак, наиболее распространенный водородный топливный бак для автомобилей, грузовиков, автобусов и других транспортных средств - это бак, в котором содержится сжатый водород в диапазоне от 3600 до 10 000 фунтов на квадратный дюйм. Большинство водородных заправочных станций в настоящее время подают сжатый газообразный водород при давлении 5000 фунтов на квадратный дюйм и 10000 фунтов на квадратный дюйм или при обоих давлениях.

Есть всего несколько водородных заправочных станций, которые заправляют криогенный жидкий водород. Это главным образом связано с тем, что почти все основные автопроизводители решили заправлять свои прототипы сжатым газообразным водородом.Единственным исключением была компания BMW, поскольку их автомобиль Hydrogen 7 использует криогенный водород и бензин (это двухтопливный автомобиль).

Криогенные резервуары…

У BMW были проблемы с выкипанием своих криогенных водородных резервуаров, а это означает, что если вы оставите автомобиль на пару недель, скажем, в аэропорту, жидкий водород выйдет из резервуара и испарится. BMW за последние пару лет заявила, что решила эту проблему.

Но есть и другие проблемы с криогенным жидким водородом.Для поддержания ликвидности водород должен храниться при температуре не выше минус 253 градуса Цельсия. Единственный способ поддерживать эту температуру в грузовике для транспортировки жидкости на заправочные станции - это установить на грузовике технологически продвинутую морозильную систему.


Бак с жидким водородом

Помимо затрат на сам грузовик, эксплуатационные расходы, особенно на собственное топливо грузовика, будут большими.Поскольку жидкий водород настолько холоден, он способен замораживать воздух вокруг себя. Это качество может привести к остановке или выходу оборудования из строя.

Что касается резервуаров для сжатого водородного топлива, то в настоящее время большая часть из них изготавливается из какого-либо вида композитов из углеродного волокна или углеродного волокна, металлических сплавов и композитов.

Министерство энергетики США сообщает о резервуаре для водородного топлива, разработанном Quantum Technologies: «Армированные углеродным волокном резервуары для сжатого водородного газа на 5000 фунтов на квадратный дюйм и 10 000 фунтов на квадратный дюйм разрабатываются Quantum Technologies и другими.Такие цистерны уже используются в прототипах автомобилей с водородным двигателем. Внутренняя облицовка резервуара представляет собой высокомолекулярный полимер, который служит барьером для проникновения водородного газа.

«Оболочка из композита из углеродного волокна и эпоксидной смолы размещается поверх гильзы и представляет собой компонент цистерны, несущий давление газа. Наконец, на бак помещается внешняя оболочка для защиты от ударов и повреждений. Регулятор давления для резервуара на 10 000 фунтов на квадратный дюйм расположен внутри резервуара.Также имеется датчик температуры газа в резервуаре для контроля температуры резервуара во время процесса заполнения газом, когда происходит нагрев резервуара ».

То, что находится внутри водородного топливного бака, также является областью с несколькими вариантами. Например, некоторые производители сжимают газ h3 в открытое пространство. Другие производители используют металлогидридную технологию, при которой водород хранится в пористом металлогидридном материале, а затем выделяется газ путем добавления небольшого количества тепла в резервуар. Недостатком использования гидридов металлов в резервуарах для водородного топлива является то, что они обычно очень тяжелые.Этот вес затем снижает MPG транспортного средства.


Hyundai Tucson FCEV показывает баки топливных элементов

Наноматериалы…

Производители также экспериментируют с другими наноматериалами для хранения водорода. Углеродные нанотрубки и различные типы легированных металлов, таких как алюминий, обещают создать легкие резервуары для хранения водорода.

Другой вопрос, конечно, стоимость. Создание прототипа топливного бака на 20 галлонов из гидридов металлов или углеродных нанотрубок может добавить к цене автомобиля до 30 000 долларов.Однако ученые на 13-й ежегодной конференции по экологической химии и инженерии в Делавэре считают, что они нашли альтернативу этим дорогостоящим материалам.

Карбонизированные волокна куриного пера могут удерживать водород от утечки из бензобака. Этот метод добавит к цене автомобиля всего около 200 долларов. Конечно, большая часть технологий водородных топливных баков для автомобилей все еще экспериментальная.

Одно время Великобритания хотела купить несколько автомобилей Honda Clarities для работы в полиции.Предостережение заключалось в том, что топливные баки со сжатым водородом должны быть пуленепробиваемыми. Honda удалось создать несколько таких танков h3 по индивидуальному заказу за большие деньги.

Если водородные автомобили хотят добиться успеха на рынке, необходимо снизить не только цены на топливные элементы (конечно, с экономией на масштабе). Но водородные топливные баки должны быть легче, иметь больший объем и стоить меньше, чем сейчас.

Ученые и исследователи сейчас работают над этой проблемой, и, как и в случае со многими другими проблемами, связанными с технологиями, в будущем, скорее всего, появятся различные рабочие решения.

Наш блог

Узнайте больше о водородных топливных баках в нашем блоге.

Внешние ссылки

http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/storage/hydrogen_storage.html

http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/pdfs/mfg2011_plenary_leavitt.pdf

http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/pdfs/compressedtank_storage.pdf

Написано Hydro Kevin Kantola

.

Смотрите также