Двигател с водородни горивни клетки. Стартиране на конвенционален водороден двигател с вътрешно горене

Около 45% от петролните продукти в света се използват като гориво за автомобили. Запасите от петрол са ограничени и невъзобновяеми, така че търсенето на универсален източник на енергия, който може да бъде получен в относително неограничени количества, със сигурност е неотложна задача.

Водородът като гориво за двигатели се счита за едно от най-обещаващите вещества. Запасите от водород на Земята са практически неизчерпаеми, тъй като е лесно да се изолира от обикновена вода. Съхраняването и транспортирането на този газ, макар и свързано с известни трудности, е осъществимо. И най-важното, при равни маси, изгарянето на водород отделя 3 пъти повече енергия от изгарянето на бензин.

Първият патент за водородна електроцентрала е издаден в Англия през 1841 г. През 1852 г. в Германия е построен двигател вътрешно горене, задвижван от смес от водород и въздух, и прочутият дирижабъл Хинденбург на Zeppelin бяха инсталирани задвижващи двигатели, работещ на осветителен газ - смес от газове с петдесет процента дял на водород.

Интересът към водородните двигатели се подновява през 70-те години, с настъпването на кризата с горивата и енергията.

След края на петролната криза интересът към алтернативните енергийни източници не изчезна. В момента тя се подхранва интензивно от еколози, които се борят за намаляване вредни емисиив атмосферата. В допълнение, постоянно растящите цени на енергията и желанието на много страни да получат независимост от горивата допринасят за продължаването на теоретичните и практически изследвания за използването на водород в превозните средства.

Най-активните изследвания за разработването на водородни двигатели се извършват от компаниите Дженерал Мотърс, Мотор Хонда, Форд Мотор, BMW и др.

Видове и принцип на действие на водородни двигатели

Съвременните електроцентрали се разделят според принципа на работа на два вида: електрически двигатели, задвижвани от водородни горивни клетки, и двигатели с вътрешно горене, задвижвани от водород.

Електроцентрали, базирани на водородни горивни клетки

Принципът на действие на горивните клетки се основава на физическа и химическа реакция. По същество горивните клетки наподобяват конвенционалните оловно киселинни батерии. Разликата е, че ефективността на горивната клетка е значително по-висока от ефективността на батерията и е 45% или повече.

Тялото на водородно-кислородна горивна клетка съдържа мембрана, която провежда само протони. Той разделя две камери с електроди - анод и катод. Водородът се подава към анодната камера, а кислородът към катодната камера. Всеки електрод е покрит със слой катализатор, например платина. Молекулярният водород, под въздействието на катализатор, отложен върху анода, губи електрони. Протоните се провеждат през мембраната към катода и под въздействието на катализатор се комбинират с електрони (потокът от електрони се доставя отвън), което води до образуването на вода. Електроните от анодната камера отиват в електрическа верига, свързана с двигателя, тоест, на ежедневен език, електричество, захранващ електродвигателя.

Сегашните модели на автомобил с електроцентрала, базирана на горивни клетки, са Niva с електроцентрала Antel-1 и Lada 111 с Antel-2, разработени от инженерите на Урал. С едно зареждане първата кола може да измине 200 км, втората - 350 км.

Водородни двигатели с вътрешно горене

При използването на водород в конвенционален двигател с вътрешно горене възникват редица проблеми. Първо, при висока температура и компресия водородът реагира с метала, от който е направен двигателят, и дори с машинно масло. Освен това, в случай на дори малък теч при контакт с горещ изпускателен колектор, той неизбежно ще се запали. Ето защо, между другото, за работа с водород те използват ротационни двигатели, чийто дизайн предполага отдалеченост всмукателен колекторот контакта, което намалява риска от пожар. Въпреки това, всички тези проблеми, включително необходимостта от промяна на системата за запалване, могат по някакъв начин да бъдат заобиколени, което позволява на инженерите да считат водорода за обещаващо гориво.

Водородният двигател с вътрешно горене има по-ниска ефективност от двигателите с горивни клетки, но фактът, че за производството на 1 kW водородна енергия изисква по-малко от бензина, позволява да се приеме намалената ефективност.

Отличен пример за автомобил, задвижван с водород, е експерименталният BMW седан 750hL, произведен лимитирана серияи достъпни за клиентите. Има 12 цилиндров двигател, работещ с ракетно гориво (водород + кислород), което му позволява да ускорява до 140 км/ч.

Втечненият водород се съхранява в специален резервоар при ниска температура. Запасът от водород е достатъчен за около 300 километра. Ако се изразходва, двигателят автоматично превключва на мощност от допълнителен резервоарс бензин. Цената на BMW Hydrogen 7 е сравнима с цената на обикновен "седем" и е около 93 хиляди долара.

Проблеми и предизвикателства при разработването на водородни двигатели

За масов преход към водород като гориво има цяла линиятехнологични и екологични бариери.

Производството на водородно гориво днес струва 4 пъти повече от производството на бензин.

А процесът на производство на водород от вода все още е твърде скъп. Следователно основният му обем в момента се произвежда от метан. Транспортирането и съхранението му са свързани с големи разходи.

В случай на масово въвеждане на такива електроцентрали количеството водород в атмосферата рязко ще се увеличи, което може да доведе до разрушаване на озоновия слой на Земята, тъй като водородните двигатели отделят значително повече азотни оксиди от бензиновите двигатели.

Нивото на търговска възвръщаемост на такива електроцентрали е видимо само в дългосрочен план.

Точно същите проблеми обаче възникнаха по време на разработването на бензинови, електрически и газови двигатели. Можем само да се надяваме, че след 15-20 години ситуацията ще се промени и появата на водородна кола по пътищата ще стане нещо обичайно.

Първият разработчик, който представи водороден двигателза колата за широката публика имаше концернът Toyota. Още през 1997 г. те представиха FCHV SUV, който никога не беше пуснат в Русия.

Водородният двигател може да бъде добра алтернатива на бензина

Днес други компании провеждат изследвания, включително:

• Мотор Хонда,
• Фолксваген
• Дженерал Мотърс,
• Daimler AG,
• Форд Мотор,
• BMW и така нататък.

Как работи водороден двигател?

Автомобилите, задвижвани с водород, могат да бъдат разделени на три групи:

• автомобил с два енергоносителя, притежаващ високоикономичен двигател, който може да работи както на чист водород, така и на смес от него. Ефективността на такъв двигател е 90–95%, докато дизеловият двигател е 50%, а бензиновият двигател е 35%. Такива автомобили отговарят на стандарта Euro-4;
• водороден автомобил с вграден електрически двигател, който захранва основната горивна клетка, инсталирана на борда. В наши дни са създадени автомобили с КПД над 75%;
• конвенционални автомобили, работещи със смесен или чист водород. Ауспухът е много по-чист, а ефективността ще се увеличи с около 20%.

Как работи водороден двигател? Съществуват 2 вида електроцентрали според принципа на действие:

• водородни двигатели с вътрешно горене. Използва се ротационен двигател;
• електроцентрали, базирани на водородни горивни клетки - принципът им на действие се основава на химическа реакция. Тялото на клетката има мембрана, която провежда само протони и разделя камерите с електроди – анод и катод. Водородът се подава към анодната камера, кислородът се подава към катодната камера. Електродите са покрити със слой катализатор, например платина. Молекулярният водород губи електрони под въздействието на катализатор. Протоните се провеждат през мембраната към катода; под въздействието на катализатор се образува вода в резултат на свързване с електрони. От анодната камера електроните отиват в електрическа верига, която е свързана. Това генерира ток за захранване на двигателя.

Предимства на водороден двигател:

• Продуктът от изгарянето на водород е вода. Това означава, че е най-екологичното гориво;
• мощността, реакцията на газта и други показатели на двигателя са по-високи от тези на стандартния - електричеството ги осигурява напълно;
• ниско ниво на шум;
• лекота на поддръжка - не е необходима сложна трансмисия и има по-малко триещи се части;
• ниска цена;
• по-нисък разход на гориво и висока скоростбензиностанции;
• по-висок резерв на мощност;
• Водородът има голям потенциал като алтернативно гориво, тъй като може да се произвежда от различни източници, вкл слънчева енергияили вятър;
• Основната суровина – водата – е безплатна.

Недостатъци на водородния двигател:

• Използването на горивни клетки в конвенционален двигател крие риск от пожар или експлозия поради конструкцията си.
• Цената им също е много висока.
• Теглото на автомобила се увеличава в резултат на използването на преобразуватели на ток и мощни батерии.
• Процесът на получаване на водород от вода също не е евтин, както и транспортирането на ново гориво.
• Предвиждат се и екологични проблеми - увеличаването на количеството водород в атмосферата може да има пагубен ефект върху озоновия слой на Земята.
• – също вреден за заобикаляща средапроцес.
• Един проблем с водородните превозни средства е високата цена на платината, необходима за химическата реакция в двигателя.
• Липсата на водородни бензиностанции прави водородните автомобили неконкурентоспособни в сравнение с конвенционалните автомобили.
• Въпросът със съхранението не е решен. Днес се предлага да се съхранява в втечнена форма или под високо налягане, но изследванията продължават.

Водородни горивни клетки

IN различни годиниса използвани водородни горивни клетки:

• за трактори,
• локомотиви,
• подводници,
• хеликоптери,
• в количка за голф,
• на мотоциклет.

Автомобилите и автобусите, задвижвани с водород, използват клетки с протонна обменна мембрана (PEM) и са компактни и леки.

Водородна кола

• Toyota, която опитоми водорода, Fuel Cell Sedan, носи комфорта и простора на стандартния модел. За да се увеличи пространството в купето и багажника, в пода на автомобила са разположени резервоари за компресиран водород. Автомобилът е предназначен за петима пътници, цената ще бъде 67 500 долара.
• Космическите технологии в ежедневието. BMW Hydrogen 7 вече е доказал възможностите си на практика, около сто автомобили BMW Hydrogen 7 е тестван от видни фигури в културата, политиката, бизнеса и медиите. Опитът от тестове в реални условия показва, че преминаването към водород е напълно съвместимо с комфорта, динамиката и безопасността, които бихте очаквали от BMW. Автомобилът може да премине от един вид гориво към друг. Максимална скорост 229 км/ч.
• Електрически генератор Honda FCX Clarity. Според разработчиците той може да бъде свързан към трансформатор и да захранва всички домакински уреди с електричество. Резервоарите за водород са разположени отдолу задни седалки, и тогава пълно зареждане с горивоЩе има достатъчно гориво за 500 км. Цена от $62 807.
• Част автобуси МАНработи с водород.

Водородните двигатели на бъдещето

• General Motors (GM) и Honda Motor стартираха ново сътрудничество в автомобилния сектор. Двете компании планират съвместно разработване на водородни горивни клетки през следващите седем години. Обменът на ноу-хау ще помогне за намаляване на технологичните разходи и превръща основната цел в отговор на нарастващия обем на глобалните изисквания за намаляване на емисиите, стандартът Euro 4 има строга рамка.
• Електрическата централа на автомобила може да служи и като електроцентрала за дома, осигурявайки му енергия за 5 дни.
• Всеки производител в скороочаква да продава най-малко хиляда екологични коли годишно, очакваната цена е 97 000 долара.
• До 2050 г. водородът като източник на гориво ще покрива една трета от производството на енергия.

Но Илон Мъск (ръководител на SpaceX и Tesla) е изключително критичен към новото гориво, като се има предвид неговото създаване маркетингов трик. Мъск каза, че технологията няма да реши реални транспортни проблеми и че литиево-йонните батерии имат плътност на съхранение на енергия, която надвишава всички разработки на водорода. Какво мислиш?

Днес почти всички световни автомобилни производители активно разработват автомобили, които работят с екологично гориво. Експерти твърдят, че след 15-20 години светът напълно ще премине към този вид транспорт. Досега Toyota остава лидер по този въпрос. След пускането на известния Primus, японците решиха да отидат по-далеч и да разработят друг екологичен чиста кола - Тойота Мирайс водороден двигател. В днешната статия ще разгледаме всички характеристики на този нов продукт, а също така ще изброим всички предимства и недостатъци на използването на автомобили с водород.

Характеристика

Toyota Mirai е един от първите седани Японско производство, които компанията реши да произвежда масово. Между другото, решението за име този модел Mirai беше напълно оправдан, защото в превод от японски тази дума означава „Чисто бъдеще“.

Производителят твърди, че първата серия водородна ТойотаТой ще се различава от аналозите си с големия си запас на мощност, който ще бъде 480 километра. Това е напълно достатъчно и за двамата ежедневна употребав рамките на града и за семейно пътуванедълги разстояния. Но що се отнася до дълги пътувания, докато няма да е възможно да ги осъществите в такъв автомобил. И тук въпросът не е за надеждността на дизайна (както винаги, японците са направили колата с високо качество и „от векове“), а за липсата на необходимите бензиностанции. Но ще говорим за това малко по-късно.

Заслужава да се отбележи, че Mirai не е първият в света автомобил, задвижван с водород. Toyota се развива хибридни моделиколи от 1997г. Тогава световната публика видя модела FCHV с водороден двигател под формата на концептуален SUV. Японците обаче не посмяха да го пуснат в широкомащабно масово производство. По-често този джипмогат да бъдат намерени в държавни агенции и организации, които са участвали в тестването на този вид транспорт. Между другото, той обединява BMW и Toyota. Германците са подписали договор с японски инженери и планират да създадат нов екологичен седан BMW Hydrogen 7 Series до 2020 г.

Предимства на водороден автомобил

Да започнем с ползите. Да започнем с факта, че двигателят е водородно горивоне отделя никакви замърсители, за разлика от дизела и бензина. Струва си да се отбележи ниската цена за експлоатация на този вид транспорт. Самото гориво (водород) може да се произвежда както в малък, така и в голям мащаб. Това значително ще стабилизира ситуацията с постоянно променящите се цени на горивата и ще ги разпредели по-рационално в света.

Какви са недостатъците на двигателя с водородно гориво?

Сега нека поговорим за недостатъците. Основният недостатък на този вид транспорт е, че водородният двигател (включително Toyota FCV) е по-експлозивен от класическите си дизелови и бензинови колеги. Това се дължи на специални химичен съставводород. Между другото, освен че е експлозивен, той е силно летлив. Тази характеристика прави много по-трудно транспортирането и зареждането на превозни средства с водород. Експертите също казват, че поддръжката подобна инсталацияще бъде по-скъпо от например ремонта дизелов двигател с вътрешно горене(поради малкия брой работници, които знаят много за тази област). И, разбира се, липсата на станции за зареждане с водород. Има само няколко от тях в света, така че сега е много трудно да се използват такива автомобили (особено след като зареждането на такава кола може да се извърши само с помощта на специално оборудване).

Проблеми с доставките

Основният проблем на водородните коли е липсата на бензиностанции, където те да се зареждат. Ето защо електрическите автомобили са по-актуални за света, тъй като се зареждат от обикновен контакт и дори в движение, ако има слънчева батерия. Но производство водородни станциивече набира скорост. Вече се знае за плановете за изграждане на 20 такива бензиностанции в Калифорния. Ако продажбите растат, броят на бензиностанциите ще се удвои. Между другото, този щат е избран с причина - продажбите на Toyota, задвижвани с водород, ще започнат в Калифорния. Но ще говорим за продажбите в края на статията, но засега нека да разгледаме екстериора на новия продукт.

Дизайн

Външният вид на новата Toyota Mirai е много впечатляващ. Масивният агресивен „пред“ със сурова широка броня и наклонени фарове веднага привлича вниманието ви. Радиаторната решетка е може би най-малкият и незначителен елемент в екстериора.

Но дори върху такова малко парче пластмаса японците успяха да поставят своите фирмено лого, изработени в стил хром. Колата е с добро стъкло. Това важи особено за предното стъкло. Шофьорът няма да усети " мъртви зони“, тъй като всички събития наоколо вече се виждат в пълен изглед. Тялото има както ъглови, така и изгладени аеродинамични характеристики. Всичко това прави външен видСеданът е много свеж, модерен и уникален.

Интериор

Вътрешността на колата е като част от космически кораб - много бутони, екрани, сензори и всякакви други неща. Интересното е, че японците не посмяха да харчат пари за разработването на две опции за вътрешно оформление - за европейския и за вътрешния пазар. Те решиха проблема с пренареждането на волана много просто, като поставиха всички важни информационни инструменти в средата на торпедото.

Самият панел е поставен близо до предно стъклои се простира по цялата си ширина. По-нататък от него има масив бордови компютър, който е оборудван с вградена функция за навигатор. Под него има друг дисплей. И те са разделени от два широки въздуховода. Същите са дублирани отстрани на огледалата, само с хромирана тапицерия в ъгъла. Волансъщо оборудван с бутони за дистанционно управление. В кабината няма копче за скорости - най-вероятно се използва CVT или автоматична скоростна кутия. Високоговорителите са разположени във вратите, както и бутоните за управление на електрическите стъкла. Воланът е с удобен захват. Като цяло вътрешното оформление е много ергономично. И въпреки масата бутони (особено след като половината от тях са чувствителни на допир), той не е претоварен с ненужни елементи и до известна степен изглежда аскетичен.

Спецификации

Toyota пусна автомобил с водороден двигател, който има голям запасмощност. Електроцентралата, според производителите, ще има 153 конски сили, което е напълно достатъчно за автомобил от този клас. Японците не говорят за други двигатели и най-вероятно само една модификация на новия продукт с екологично чист агрегат с мощност 153 конски сили ще излезе на пазара. Водородният двигател (2015 Toyota Mirai) работи със специални горивни клетки. Вътре в последния протича реакция, в която участват водород и кислород. В резултат на химическото взаимодействие се генерира мощна енергия, която задвижва електрическия мотор.

Динамика и експлоатационни разходи

Производителят казва, че по отношение на динамичните характеристики Toyota с водороден двигател не се различава от него бензинови аналози. Ускорението от нула до "стотици" се оценява на 9 секунди. В същото време инженерите отбелязват ниската цена на пътуването.

Цената на пълнене на резервоар за 1 километър ще бъде само 10 цента. По този начин, за да карате кола сто километра, трябва да похарчите само 10 долара. И можете да заредите гориво на автомобила си само за 5 минути.

Как работи водороден двигател?

Със сигурност всеки от нас е мислил за принципа на работа на това устройство. Е, нека да видим как всъщност работи водородният двигател.

Основната движеща сила на тези машини е електрохимичен генератор (нещо, което японците наричат ​​FC Stack. Вътре електрохимичен генераторвъзниква реакция, която води до окисление на водорода. През този период се генерира необходимата енергия, която след това се пренасочва към компактна батерия. Последният изпълнява функцията за захранване на електрическия мотор, който захранва машината. Под каква форма водородният двигател произвежда отпадъци? "Toyota Mirai" не напразно се нарича екологична чиста кола, тъй като изобщо не идва от него отровни газове, но обикновена вода.

Всичко това е много хубаво, но има сила, която пречи на развитието на този вид транспорт. Основният проблем е, че процесите за производство на гориво за водородни автомобили са този моментса слабо развити и изискват големи финансови разходи. Освен това при създаването на водород се използват компоненти като въглища и метан. Те замърсяват атмосферата много силно и затова няма смисъл да се използват такива двигатели в името на „опазването на околната среда“. Разбира се, няма отпадъци от изгарянето на това гориво ( чиста вода), но за да го подготвите, трябва значително да развалите атмосферата с мръсни емисии. Затова все повече специалисти търсят замяна на настоящите двигатели с вътрешно горене в слънчевите панели.

Между другото, водородът не е уникален вид гориво, което може да се използва само на един тип двигател. Проучванията показват, че този продукт е напълно осъществим за употреба класически двигателис вътрешно горене. Има обаче последствия от такава реакция. Факт е, че водородът при изгаряне в двигател с вътрешно горене освобождава само 1/3 от енергията, която би произвел в специализиран агрегат. Вярно е, че инженерите успяха да коригират този недостатък. Благодарение на модифицираната система за запалване, ефективността на такива двигатели не намалява, а напротив, се увеличава почти 1,5 пъти от обичайната, което прави работата на това гориво по-благоприятна и разумна от екологична и финансова гледна точка на гледка.

Но все пак проблемите бяха забелязани не само в областта на ефективността. И ако инженерите успяха да повишат ефективността чрез подобряване на системата за запалване, тогава те не могат да се справят с проблеми като високи температури на горене в камерата, изгаряне на бутала и клапани. Между другото кога дълга работаВодородът може да реагира с други компоненти на двигателя, включително смазка. И без него двигателят се износва много бързо. В допълнение, водородът, поради своята летливост, може да проникне и да се запали там. Относно ротационни двигатели с вътрешно горене, поради простия си дизайн и голямото разстояние между колекторите, те са по-благоприятни за използване на такова гориво като основно. На този етап въпросът как работи водородният двигател може да се счита за приключен.

Относно разхода

Според производителя продажбите на автомобили Toyota Mirai ще започнат през пролетта на 2015 г. Първоначално новият продукт ще се предлага само на вътрешния пазар, а през лятото ще се появи и на европейския американски пазари. Началната цена на водородна Toyota е 57,5 ​​хиляди долара. Освен това компанията предлага закупуване тази колана кредит с месечна вноска от $500. Бонусът ще бъде възможността безплатно зареждане с горивокола за една година на калифорнийска бензиностанция.

Засега японската Toyota няма конкуренти сред водородните коли. Поне така ще е до 2016 г. Факт е, че през март 2016 г. нов водород Автомобил Хонда FCV. Но няма да прогнозираме колко популярен ще бъде, но засега ще изчакаме началото на продажбите на новата Toyota Mirai.

Заключение

И така, разбрахме защо е толкова специален и как работи водородният двигател. Toyota е един от първите автомобилни производители, които сериозно обмислят пускането на пазара масова продукциянеговият „екологичен продукт“. Вярно, докато проблемът с бензиностанциии компанията едва ли ще има голям успех в продажбата на такива машини по по-евтин начин.

След като всички страни по света обявиха курс за намаляване на емисиите вредни вещества, разсъждават производителите на автомобили. Освен това те започнаха да се развиват не само в областта на електрическите превозни средства, но и в посока използването на водород като гориво за автомобили. В същото време различни компании обмислят собствени технологии, които имат маса. Затова си струва да разгледаме по-отблизо водородните коли, за да разберем какво може да ни очаква в близко бъдеще.

Водородните автомобили са доста обещаващо направление в търсенето на алтернативни източници на енергия

Различни методи

Двигател с вътрешно горене

Спомнете си защо водородът се нарича "експлозивен газ" - точно така, той експлодира много лесно, освобождавайки огромно количество енергия. Защо не използвате тази функция за задвижване на автомобили? Точно това решиха експертите компании Mazdaи BMW, които преди няколко години представиха своите прототипи на автомобили, задвижвани от водород, доставян от вътрешно горене.

При което Инженери на BMWсъвсем правилно реши, че е по-добре да експериментира с повече голям двигател, което ще ви позволи да променяте техническите характеристики в много широк диапазон. Така се ражда колата от седмата серия, която е оборудвана с голям резервоар за компресиран водород - с работен обем на двигателя има производителност само 260 Конски силии изразходва около 50 литра гориво на сто километра. Освен това BMW експериментира и с автомобили, задвижвани от втечнен водород - за това те използваха специални криогенни резервоари, чиято цена беше сравнима с цената на самата платформа на автомобила - това беше направено, за да се увеличи резервът на мощност. въпреки това отличителна чертавсички експериментални автомобили на BMW, работещи с водород, имаха традиционен бензинова системазахранване - направи възможно преминаването към редовно гориво при изчерпване на запасите от водород или в случай на проблеми, свързани с доставката му.

Но Mazda пое по различен път, решавайки да не се ограничава в експериментите си - японците инсталираха водородна електроцентрала на автомобил RX-8, оборудван с 1,3-литров Wankel. За съжаление резултатът беше катастрофален - мощността падна от 240 на 100 конски сили, а разходът на гориво се увеличи до почти 60–70 литра на сто километра. За разлика от BMW 7, което беше на лизинг в САЩ и европейските страни, Mazda RX-8, която работи на водород, остана в прототип. В момента и двете компании са ограничили тези изследователски програми, фокусирайки се върху други области на развитие алтернативна енергия.

Видео за водородни автомобили:

Причината е лесна за разбиране, ако се заровите в докладите на инженерите - те се натъкнаха на следното:

• Намален живот на двигателя;
• Чести повреди, свързани с разрушаване на стени на цилиндри, клапани и бутала;
• Малък резерв на мощност;
• Чести течове, които застрашават пожар или дори експлозия.

Разбира се, много са малки изследователски институтисъздадоха водородни автомобили, които работеха на принципа на изгаряне на „експлозивен газ“ и имаха по-добри характеристики от. Въпреки това стана ясно, че двигателят на автомобила трябва първоначално да бъде разработен за водород - и производителите не бяха готови за такива съмнителни инвестиции.

Горивни клетки

Решението на проблема идва от областта на астронавтиката - тъй като е нерационално да се изгаря гориво за генериране на електричество в орбита, учените са разработили специални горивни клетки, при което протича химическа реакция, освобождаваща огромно количество електричество. Когато водородът преминава през такава клетка, пълна с каталитичен материал, той се комбинира с кислород, което води до образуването на вода. Съответно потребителят получава само предимства - няма вредни вещества, изходът е само чиста вода и определено количество електроенергия. Остава само да се запасите с необходимото количество водород.

Функционира водороден автомобил, задвижван от горивни клетки - той няма двигател с вътрешно горене, който е напълно заменен от електрически двигател. Енергията, получена от реакцията на водород с кислород, се съхранява в батерии - и някои производители се фокусираха върху постигането на добра производителност на автомобила динамични характеристики, използват суперкондензатори, които позволяват възможно най-бързото освобождаване на получения заряд. Благодарение на това се преодолява един от недостатъците на водородните горивни клетки - те са инертни, тоест не могат да променят мощността си по желание на водача на автомобила.

Основни предимства

Основното предимство на водороден автомобил, използващ горивни клетки като източник на енергия, е комбинацията от най-добри характеристикиавтомобили с двигатели с вътрешно горене и електрически превозни средства. Запасът на мощност е много висок - особено в случаите, когато не е само от реакцията на водород с кислород, но и от обикновена електрическа мрежа. В същото време липсата на агрегат, който изгаря въглеводородно гориво, ви позволява да получите огромен брой предимства:

• Без вредни емисии - както при изгарянето на водород, в горивните клетки се произвеждат само водни пари, които не вредят на околната среда.
• По-леко тегло – Между другото, комбинацията от водородни горивни клетки, електрически двигател и батерии е по-малка и по-лека от батериите и двигателя в традиционно електрическо превозно средство с подобна производителност и пробег.
• Намаляване на броя на движещите се части и части в контакт една с друга няколко пъти - поради това експлоатационният живот се увеличава значително.

Ако разгледаме водороден автомобил, който е оборудван с двигател с вътрешно горене, адаптиран към този вид гориво, тогава досега той има повече недостатъци от положителни страни. Въпреки това докладите на изследователски институти, които се занимават с разработки в тази посока, ни позволяват да се надяваме, че в близко бъдеще ситуацията ще се промени радикално. Вече беше съобщено, че автомобилните двигатели, които първоначално са били проектирани да работят с водород, имат:

• Експлоатационният живот се увеличава с 20–30%, както и намалява вероятността от по-малки повреди.
• Мощност, 15–20% повече, по-голяма ефективност, смисъл най-добра употребаенергиен потенциал на горивото.
• Цената на пробега е 2 пъти по-малка от същата цифра за бензин - но само при условие на промишлено производство на водород.

Но цената е много висока - както поради използването на скъпи иновативни материали, така и поради производството на парче, извършвано с помощта на байпасни технологии.

недостатъци

За съжаление има някои недостатъци - но това се отнася не само за водорода, но и за всички други алтернативни енергийни технологии, работата по които се извършва сравнително наскоро. От гледна точка на средния потребител, досега значителен недостатъке високата цена на производството на гориво - само водород, създаден в промишлен мащаб, може да се купи сравнително евтино - това е рядкост, тъй като все още има относително малко заводи, произвеждащи този газ. Освен това, при провеждане на проучвания в страни, където вече са продадени значителен брой автомобили, задвижвани с водород, резултатите показват, че много хора се страхуват от експлозия на „детониращ газ“, въпреки че никога не са чували за такива случаи. Всъщност по време на тестовете често възникваха пожари в резултат на изтичане на водород, но само автомобили с многостепенни системи за безопасност, които предотвратяват експлозии, бяха изпратени в масово производство.

Въпреки това, благодарение на използването на много иновативни технически решенияВодородният автомобил е не само икономичен и безопасен, но и скъп. По-специално, никога не е разкривала цената на автомобила от седмата серия, работещ с водород, като е позволявала само лизинг. Някои експерти обаче твърдят, че пазарна ценаможе да бъде определен на 1,2 милиона до 1,5 милиона долара. Дори най-много евтини коли, произведени от Honda и Toyota, струват поне 30–50 хиляди долара с минимално ниво на оборудване - и само благодарение на дъмпинговата политика на компаниите и компенсациите, предоставени от японското правителство. Също така си струва да се каже, че горивните клетки и резервоарите не могат да бъдат издръжливи поради дългосрочна експлоатацияв агресивна среда - и ако клетките могат да бъдат произведени в заменяема форма, тогава ще трябва да се харчат много пари.

Време е да поговорим за основното нещо - къде да зареждате кола, работеща с водород? Много е рано да се говори за създаване на мрежа от бензиностанции дори в Япония, САЩ и Германия - засега те са единични екземпляри. В същото време в разгара си е изграждането на съответната инфраструктура за електрически превозни средства, което дава информация за приоритетите, които си поставя съвременното общество и правителствени агенции. Напълнете кола с водород, като използвате домашни устройствамного опасно - вероятността от експлозия ще бъде невероятно висока.

Гориво на бъдещето или не?

Сега чуваме, че водородът е горивото на бъдещето - но си струва да си припомним, че подобни лозунги се чуха по целия свят още в края на 60-те години - и съветски съюз, в който изследванията на свойствата на този газ бяха в разгара си, не беше изключение. Въпреки цялото изминало време, водородните автомобили си останаха прототипи, не много подходящи за употреба. серийно производствои операция обща употреба. Въпреки това, развитието не спира, въпреки факта, че досега положителни резултати са постигнати само от няколко компании, които са започнали производство на такива автомобили в малък мащаб. Освен това е необходимо да се помни, че водородът е дори източник на енергия за околната среда, отколкото електричеството. Всъщност, въпреки развитието на енергетиката, до 70% от електроцентралите в света работят с такива „мръсни“ горива като нефт и въглища.

Съвременната автомобилна индустрия се развива с акцент върху производството на по-екологични превозни средства. Това се дължи на световната борба за чистота. атмосферен въздухчрез намаляване на емисиите на въглероден диоксид. Постоянното поскъпване на бензина също кара производителите да търсят други източници на енергия. Много водещи концерни за производство на автомобили постепенно преминават към масово производство на автомобили, работещи с алтернативни горива, което в много близко бъдеще ще доведе до появата по пътищата на света достатъчно количествоне само електрически автомобили, но и автомобили с двигатели, задвижвани с водородно гориво.

Как работят водородните автомобили

Автомобил, работещ с водород, е предназначен да намали атмосферните емисии на въглероден диоксид, както и други вредни примеси. Използване на водород за задвижване на колелата превозно средство, вероятно по два различни начина:

• използването на водороден двигател с вътрешно горене (HICE);
• инсталация на мощност електрическа единица, задвижвани от водородни елементи(VE).

Докато сме свикнали да зареждаме с бензин или дизелово горивовашата кола, ново чудо - работи с най-често срещания елемент във Вселената - водород

Бордовите двигатели с вътрешно горене са аналог на широко разпространените днес двигатели, горивото за които е пропан. Именно този модел двигател е най-лесен за преконфигуриране за работа с водород. Принципът на действие е същият като този на бензинов двигател, в горивната камера влиза само втечнен водород вместо бензин. Автомобилът с възобновяем източник на енергия всъщност е електрически автомобил. Водородът тук действа само като суровина за генериране на електричество, необходимо за захранване на електрически двигател.

Водородният елемент се състои от следните части:

• корпуси;
• мембрана, която пропуска само протони - тя разделя контейнера на две части: анод и катод;
• анод, покрит с катализатор (паладий или платина);
• катод със същия катализатор.

Принципът на работа на VE се основава на физична и химична реакция, състояща се от следното:

По този начин, когато колата се движи, не се отделя въглероден диоксид, а само водна пара, електричество и азотен оксид.

Основни характеристики на водородните автомобили

Основните играчи на автомобилния пазар вече имат прототипи на своите продукти, които използват водород като гориво. Вече е възможно определено да се идентифицират индивидуалните технически характеристики на такива машини:

• максимална скорост до 140 км/ч;
• средният пробег от едно зареждане с гориво е 300 км (някои производители, например Toyota или Honda, твърдят два пъти тази цифра - съответно 650 или 700 км само на водород);
• време за ускорение до 100 км/ч от нула – 9 секунди;
• мощност на електроцентралата до 153 конски сили.

Тази кола може да ускори до 179 км/ч, а колата ускорява до 100 км/ч за 9,6 секунди и най-важното е, че може да измине 482 км без допълнително зареждане

Доста добри параметри дори и за бензинови двигатели. Все още не е настъпил преход към бордови двигатели с вътрешно горене, използващи втечнен H2 или превозни средства с ВЕИ, и не е ясно кой от тези типове двигатели ще постигне най-добрите технически характеристики и икономически показатели. Но днес са произведени повече модели електрически задвижвани машини, захранвани от възобновяеми енергийни източници, които осигуряват по-голяма ефективност. Въпреки че потреблението на водород за производство на 1 kW енергия е по-малко в двигател с вътрешно горене.

Освен това преоборудването на двигател с вътрешно горене за водород за повишаване на ефективността изисква смяна на системата за запалване на инсталацията. Проблемът с бързото изгаряне на буталата и клапаните се дължи на повече висока температураизгаряне на водород. Всичко ще се реши тук по-нататъчно развитиедвете технологии, както и динамиката на цените при прехода към масово производство.

Плюсове и минуси на автомобили, работещи с водород

Сред основните предимства на водородните автомобили са:

• висока екологичност, състояща се в отсъствието на повечето вредни вещества в отработените газове, характерни за работата на бензинов двигател - въглероден диоксид и въглероден оксид, серни оксиди и диоксиди, алдехиди, ароматни въглеводороди;
• по-висока ефективност в сравнение с бензиновите автомобили;

Като цяло колата има амбиции да завладее целия свят

• по-ниско ниво на шум от работата на двигателя;
• липса на сложни, ненадеждни системи за захранване с гориво и охлаждане;
• възможност за използване на два вида гориво.

В допълнение, автомобилите, работещи с двигател с всмукване на въздух, имат по-малко тегло и по-голям полезен обем, въпреки необходимостта от инсталиране на горивни цилиндри.

Недостатъците на водородните превозни средства включват:

• обемността на електроцентралата при използване на горивни клетки, което намалява маневреността на превозното средство;
• високата цена на самите водородни елементи поради съдържащия се в тях паладий или платина;
• несъвършен дизайн и несигурност в материала, използван за производство на резервоари за водородно гориво;
• липса на технология за съхранение на водород;
• липса на водородни бензиностанции, чиято инфраструктура е много слабо развита в целия свят.

Въпреки това, с прехода към масово производство на автомобили, оборудвани с водород електроцентрали, повечето от тези недостатъци със сигурност ще бъдат отстранени.

Кои автомобили, задвижвани с водород, вече се произвеждат?

Водещите световни автомобилни компании като BMW, Mazda, Mercedes, Honda, MAN и Toyota, Daimler AG и General Motors се занимават с производството на автомобили с водородно гориво. Сред експерименталните модели, а някои производители вече имат и малки, има коли, работещи само на водород или с възможност за използване на два вида гориво, т. нар. хибриди.

Вече се произвеждат следните модели водородни автомобили:

• Ford Focus FCV;
• Mazda RX-8 водород;
• Mercedes-Benz A-Class;
• Honda FCX;
• Тойота Мирай;
• автобуси МАН Лъвски градБус и Форд Е-450;
• BMW Hydrogen 7 хибриден автомобил с двойно гориво.

Днес категорично можем да кажем, че въпреки съществуващите трудности (новите неща винаги си намират път трудно), бъдещето принадлежи на по-екологичните автомобили. Автомобилите, работещи с водородно гориво, ще отчитат достойна конкуренцияелектрически превозни средства.