Ubica nafte: prvi auto na vodik, Toyota Mirai, sa snažnim motorom. Motor na vodik

Posljednja energetska kriza zahvatila je svijet još 2008. godine i može se činiti da problemi s količinom nafte više ne postoje: standardi proizvodnje su sve viši, a cijena niža. Ali uprkos tome, niko ne može poreći da se rezerve goriva na planeti smanjuju. Zabrinutost za automobile platiti istraživanje i razvoj alternativnih goriva. Motor Rivaz, koji radi na vodi, pojavio se početkom 19. stoljeća. Izum je predstavljen 1806. godine i bio je prvi motor unutrašnjim sagorevanjem, preticanje benzina i gasni motori. Developers dugo vremena pokušao da nastavi razvoj u ovom pravcu, ali da bi izvršio elektrolizu i dobio potreban iznos energije je bilo potrebno mnogo električne energije, zbog čega je ova vrsta goriva bila neisplativa. Na kraju je ovo, u kombinaciji sa eksplozivnošću, stalo na kraj istraživanju.

Povratak na vodonik dogodio se kasnih 50-ih. prošlog vijeka: gorive ćelije su ugrađene na traktore u SAD. Tri godine kasnije - 1962. - motor na vodik pojavio se u malim kolicima za golf, a pet godina kasnije - u motociklima. Vodonik u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem (ICE) se može koristiti na dva načina: kao hibridni motor i kao gorivna ćelija.

Hibridni motor na vodik

Hibridni hidrogen motor se koristi kao aditiv u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem za benzin ili gas. Kada se koristi vodonik, zapaljivost goriva se poboljšava, ali zbog visok stepen isparljivost gasa povećava rizik od paljenja. Ali uprkos ovom nedostatku, korozija i vibracije metala su smanjene. Za korištenje vodonika nema potrebe za ugradnjom dodatne opreme rezervoar za gorivo, vodonik se proizvodi iz destilovane vode. Kada se koristi vodonik, razdaljina koja se može preći povećava se za 30 posto. Sigurna upotreba plin moguće sa niske temperature do -30⁰S i na relativno visokim temperaturama do +30⁰S.

Gorivna ćelija

Motori na gorive ćelije proizvode sopstvenu električnu energiju cijepanjem vodika na negativne elektrone i pozitivne protone. Upotreba ovakvih motora je korisna za velike količine, pa se najčešće koriste u teškim kamionima. On ovog trenutka testiranja u Danskoj, SAD i Japanu vozovi, koji rade na motorima na gorive ćelije. Ovo je obećavajući put za razvoj alternativnih goriva, zbog potrošnje vodonika manja potrošnja benzina po jedinici udaljenosti.

Drugi pravac razvoja takvih motora je avijacija. Avioni TU-154 koristili su upravo takvu gorivnu ćeliju, naravno, nakon raspada SSSR-a, sav razvoj događaja u ovom pravcu je bio zamrznut. Ipak, naučnici iz Evropske unije i Kine rade na projektu putničkog aviona koji će raditi na vodonik. Da bi motor radio, takva letjelica mora razviti hiperbrzinu, što će biti moguće samo ako postoji dodatni motor. Prednosti motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik su povezani sa njegovim uticajem na životnu sredinu i visokom efikasnošću.

Visok nivo ekološke prihvatljivosti

Naravno, prisutan je nizak stepen kontaminacije, ali zbog prisustva ulja u mehanizmu automobila. Čak i kada se u konvencionalno gorivo doda vodonik, performanse se povećavaju za 20%. Sa 5 kg vodikovog goriva, automobil putuje do 500 km. Naučnici smatraju vodonik jedinim obnovljivim izvorom energije.

Unatoč svojim neospornim prednostima, danas postoji mnogo više nedostataka, koji se uglavnom odnose na dizajn motora:

• Hlapljivost vodonika. Moguće je dopuniti gorivo u automobil sa motorom sa unutrašnjim sagorevanjem koristeći vodonik samo na benzinskoj pumpi. Nećete moći da sipate gorivo iz drugog automobila ili iz kanistera na putu.
• Opasnost od eksplozije i požara. Svima je poznata katastrofa zračnog broda Hindenburg, koji se zapalio u letu od jedne varnice: od 97 ljudi na brodu, treća je umrla.
• Visoka cijena gorivnih ćelija i hidrogenskog motora, što zauzvrat povećava cijenu automobila. Analog sa motorom na vodik košta dvostruko više. Automobil koji pokreće vodonični motor je 100 puta skuplji za održavanje od konvencionalnog motora.
• Motor na vodik zauzima puno prostora. U kamionima i autobusima to ne stvara nikakve neugodnosti, ali u putnička vozila Zapremina prtljažnika je smanjena.

Motor na vodonik nije naučna fantastika. Na primjer, Honda, Toyota i Hyndai su postavili proizvodnu liniju za automobile s motorima na vodik i čvrsto okupirali tržište: Toyota Mirai(2015), Honda FCX Clarity (2008), Hyundai ix35 Fuel Cell. Sredinom decembra prošle godine Audi godine objavila svoju odluku o oslobađanju novi koncept na vodonik – Q6 H-Tron.

Uprkos svim svojim nedostacima, vodonik je jedini obnovljiv i neograničen resurs na planeti. Da bi automobili sa takvim motorom sa unutrašnjim sagorevanjem postali široko rasprostranjeni, naučnici i programeri će morati da odluče kako da eliminišu negativne karakteristike i smanje cenu mehanizma, a države će morati da uspostave infrastrukturu kako automobili na vodik više ne bi biti retkost na putevima.

Moderna automobilska industrija se razvija s naglaskom na proizvodnju ekološki prihvatljivije Vozilo. To je zbog globalne borbe za čistoću. atmosferski vazduh smanjenjem emisije ugljičnog dioksida. Stalni rast cijena benzina također tjera proizvođače da traže druge izvore energije. Mnogi vodeći proizvođači automobila postupno napreduju serijska proizvodnja automobili na alternativna goriva, koji će u vrlo bliskoj budućnosti dovesti do pojave na putevima svijeta dovoljna količina ne samo električni automobili, već i automobili sa motorima na vodikovo gorivo.

Kako rade automobili na vodonik

Automobil koji radi na vodik je dizajniran da smanji atmosferske emisije ugljičnog dioksida, kao i drugih štetnih nečistoća. Upotreba vodika za pogon vozila na kotačima moguća je na dva različita načina:

• upotreba motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodik (HICE);
• instalacija napajanja električna jedinica, pokretan vodoničnim elementima (HE).

Dok smo navikli puniti benzin ili dizel gorivo vaš auto, novo čudo - radi na najčešćem elementu u svemiru - vodoniku

Motori sa unutrašnjim sagorevanjem u vazduhu su analog motora koji se danas široko koriste, a gorivo za koje je propan. Upravo je ovaj model motora najlakše rekonfigurirati da radi na vodik. Njegov princip rada je isti kao i kod benzinskog motora, samo tečni vodonik ulazi u komoru za sagorevanje umjesto benzina. Auto sa EV je, u stvari, električni automobil. Vodik ovdje djeluje samo kao sirovina za proizvodnju električne energije neophodne za napajanje električnog motora.

Element vodonika sastoji se od sljedećih dijelova:

• kućišta;
• membrana koja propušta samo protone - dijeli posudu na dva dijela: anodu i katodu;
• anoda obložena katalizatorom (paladij ili platina);
• katoda sa istim katalizatorom.

Princip rada VE temelji se na fizičkoj i hemijskoj reakciji koja se sastoji od sljedećeg:

Dakle, kada se automobil kreće, ne emituje se ugljični dioksid, već samo vodena para, struja i dušikov oksid.

Glavne karakteristike automobila na vodik

Glavni igrači na automobilskom tržištu već imaju prototipove svojih proizvoda koji koriste vodonik kao gorivo. Već je moguće definitivno identifikovati pojedinačne tehničke karakteristike takvih mašina:

• maksimalna brzina do 140 km/h;
• prosječna kilometraža od jednog punjenja goriva je 300 km (neki proizvođači, na primjer, Toyota ili Honda, tvrde dvostruko ovu brojku - 650 ili 700 km, respektivno, samo na vodik);
• vreme ubrzanja do 100 km/h od nule – 9 sekundi;
• moć elektrana do 153 konjske snage.

Ovaj automobil može ubrzati do 179 km/h, a automobil ubrzava do 100 km/h za 9,6 sekundi i, što je najvažnije, može prijeći 482 km bez dodatnog točenja goriva.

Prilično dobri parametri čak i za benzinske motore. Još uvijek nije došlo do pomaka prema motorima s unutarnjim izgaranjem koji koriste tečni H2 ili vozila na obnovljivu energiju, a nije jasno koji će od ovih tipova motora postići najbolje tehničke karakteristike i ekonomski pokazatelji. Ali danas se proizvodi više modela mašina na električni pogon na obnovljive izvore energije, koji pružaju veću efikasnost. Iako je potrošnja vodika za proizvodnju 1 kW energije manja u motoru s unutarnjim sagorijevanjem.

Pored toga, naknadna oprema motora sa unutrašnjim sagorevanjem za vodonik radi povećanja efikasnosti zahteva promenu sistema paljenja instalacije. Problem brzog izgaranja klipova i ventila zbog više visoke temperature sagorevanje vodonika. Ovdje će se sve odlučiti dalji razvoj obje tehnologije, kao i dinamiku cijena tokom prelaska na masovnu proizvodnju.

Prednosti i nedostaci automobila koji rade na vodonik

Među glavnim prednostima vozila na vodik su:

• visoka ekološka prihvatljivost, koja se sastoji u odsustvu većine štetne materije u ispušnim plinovima karakterističnim za rad benzinskog motora - ugljični dioksid i ugljični monoksid, sumporni oksidi i dioksidi, aldehidi, aromatični ugljikovodici;
• više visoka efikasnost, u poređenju sa automobilima na benzin;

Općenito, automobil ima ambicije da osvoji cijeli svijet

• niži nivo buke od rada motora;
• nedostatak složenih, nepouzdanih sistema za opskrbu gorivom i hlađenje;
• mogućnost korištenja dvije vrste goriva.

Osim toga, automobili koji rade na motoru za usis zraka imaju manju težinu i korisniji volumen, uprkos potrebi za ugradnjom cilindara za gorivo.

Nedostaci vozila na vodik uključuju:

• glomaznost elektrane pri korištenju gorivih ćelija, što smanjuje upravljivost vozila;
• visoka cijena samih vodikovih elemenata zbog paladija ili platine koje sadrže;
• nesavršen dizajn i nesigurnost u materijalu koji se koristi za proizvodnju rezervoara za vodikovo gorivo;
• nedostatak tehnologije skladištenja vodonika;
• nedostatak stanica za punjenje vodonikom, čija je infrastruktura vrlo slabo razvijena u cijelom svijetu.

Međutim, prelaskom na masovnu proizvodnju automobila opremljenih hidrogenskim elektranama, većina ovih nedostataka će sigurno biti otklonjena.

Koji automobili na vodik su već u proizvodnji?

Proizvodnja mašina na vodonično gorivo vodeće svjetske automobilske kompanije kao što su BMW, Mazda, Mercedes, Honda, MAN i Toyota, Daimler AG i General Motors. Među eksperimentalnim modelima, a neki proizvođači već imaju male, ima automobila koji rade samo na vodik, ili sa mogućnošću korištenja dvije vrste goriva, tzv. hibrida.

Već se proizvode sljedeći modeli vozila na vodik:

• Ford Focus FCV;
• Mazda RX-8 vodonik;
• Mercedes-Benz A-Klasa;
• Honda FCX;
• Toyota Mirai;
• Autobusi MAN Lion Gradski autobus i Ford E-450;
• hibridni automobil BMW Hydrogen 7 sa dvostrukim gorivom.

Danas sa sigurnošću možemo reći da, uprkos postojećim poteškoćama (nove stvari uvijek teško pronalaze put), budućnost pripada više ekološki prihvatljivi automobili. Automobili koji rade na vodikovo gorivo će uzeti u obzir dostojna konkurencija električna vozila.

Prvi programer koji je široj javnosti predstavio hidrogenski motor za automobil bio je koncern Toyota. Davne 1997. godine predstavili su SUV FCHV, koji nikada nije lansiran u Rusiji.

Motor na vodonik mogao bi biti dobra alternativa benzinu

Danas druge kompanije provode istraživanja, uključujući:

• Honda Motor,
• Volkswagen
• General Motors,
• Daimler AG,
• Ford Motor,
• BMW i tako dalje.

Kako radi motor na vodonik?

Automobili na vodik mogu se podijeliti u tri grupe:

• automobil sa dva energenta, koji ima veoma ekonomičan motor koji može da radi i na čisti vodonik i na njegovu mešavinu. Efikasnost takvog motora je 90-95%, dok je dizel motor 50%, a benzinski 35%. Takvi automobili su u skladu sa Euro-4 standardom;
• auto na vodik sa ugrađenim električnim motorom koji napaja glavnu gorivnu ćeliju instaliranu na brodu. Danas su stvoreni automobili sa efikasnošću iznad 75%;
• konvencionalni automobili koji rade na mješavini ili čistom vodoniku. Izduvni gasovi su mnogo čistiji, a efikasnost će se povećati za oko 20%.

Kako radi motor na vodonik? Postoje 2 tipa elektrana na osnovu principa rada:

• vodonični motori sa unutrašnjim sagorevanjem. Koristi se rotacioni motor;
• elektrane na bazi vodoničnih gorivnih ćelija - njihov princip rada je baziran na hemijskoj reakciji. Tijelo ćelije ima membranu koja provodi samo protone i razdvaja komore elektrodama - anodom i katodom. Vodonik se dovodi u anodnu komoru, kiseonik se dovodi u katodnu komoru. Elektrode su obložene slojem katalizatora, na primjer, platine. Molekularni vodonik gubi elektrone pod uticajem katalizatora. Protoni se vode kroz membranu do katode pod utjecajem katalizatora, a voda nastaje kao rezultat spajanja s elektronima. Iz anodne komore, elektroni ulaze u električni krug koji je povezan. Ovo stvara struju za napajanje motora.

Prednosti hidrogen motora:

• Produkt sagorevanja vodonika je voda. To znači da je to ekološki najprihvatljivije gorivo;
• snaga, odziv gasa i drugi pokazatelji motora su veći od onih kod standardnog - struja ih osigurava u potpunosti;
• nizak nivo buke;
• jednostavnost održavanja - nije potreban složeni prijenos i ima manje dijelova koji se trljaju;
• jeftino;
• manja potrošnja goriva i velika brzina benzinske pumpe;
• veća rezerva snage;
• Vodik ima veliki potencijal kao alternativno gorivo jer se može proizvesti iz različitih izvora, uključujući solarna energija ili vjetar;
• Glavna sirovina - voda - je besplatna.

Nedostaci hidrogen motora:

• Upotreba gorivnih ćelija u normalan motor postoji opasnost od požara ili eksplozije zbog njegovog dizajna.
• Njihova cijena je također vrlo visoka.
• Težina automobila se povećava kao rezultat upotrebe strujnih pretvarača i snažnih baterija.
• Proces dobijanja vodonika iz vode takođe nije jeftin, kao ni transport novog goriva.
• Predviđaju se i ekološki problemi - povećanje količine vodonika u atmosferi moglo bi štetno uticati na ozonski omotač Zemlje.
• – takođe štetno za okruženje proces.
• Jedan od problema s vozilima na vodik je visoka cijena platine potrebne za kemijsku reakciju u motoru.
• Nedostatak vodonika benzinske pumpečini automobile na vodik nekonkurentnim u poređenju sa konvencionalnim automobilima.
• Pitanje skladištenja nije riješeno. Danas se predlaže da se čuva u tečnom obliku ili ispod visokog pritiska, ali istraživanja se nastavljaju.

Vodikove gorive ćelije

IN različite godine korišćene su vodonične gorive ćelije:

• za traktore,
• lokomotive,
• podmornice,
• helikopteri,
• u kolicima za golf,
• na motociklu.

Automobili i autobusi na vodik koriste ćelije membrane za protonsku izmjenu (PEM) te su kompaktni i lagani.

Auto na vodik

• Toyota koja je ukrotila vodonik, Fuel Cell Sedan, donosi udobnost i prostranost standardnog modela. Da bi se povećao prostor u kabini i prtljažniku, rezervoari za komprimovani vodonik nalaze se u podu automobila. Automobil je predviđen za pet putnika, a cijena će biti 67.500 dolara.
• Svemirske tehnologije u svakodnevnom životu. BMW Hydrogen 7 je već dokazao svoje mogućnosti u praksi, stotinak BMW automobili Vodonik 7 testirali su istaknute ličnosti iz kulture, politike, biznisa i medija. Iskustvo iz testiranja u stvarnom svijetu pokazalo je da je prelazak na vodonik u potpunosti kompatibilan sa udobnošću, dinamikom i sigurnošću koje biste očekivali od BMW-a. Automobil se može prebaciti s jedne vrste goriva na drugu. Maksimalna brzina 229 km/h.
• Honda FCX Clarity generator napajanja. Prema riječima programera, može se spojiti na transformator i napajati sve kućne aparate električnom energijom. Ispod se nalaze rezervoari za vodonik zadnja sedišta, i onda punim punjenjem goriva Imaće dovoljno goriva za 500 km. Cijena od $62,807.
• Part MAN autobusi radi na vodonik.

Motori na vodik budućnosti

• General Motors (GM) i Honda Motor pokrenuli su novu saradnju u automobilskom sektoru. Dvije kompanije planiraju zajednički razvoj vodoničnih gorivnih ćelija u narednih sedam godina. Razmjena znanja će pomoći u smanjenju troškova tehnologije i čini glavnim ciljem odgovora na sve veći obim globalnih zahtjeva za smanjenjem emisija, Euro 4 standard ima strogi okvir.
• Elektrana automobila može poslužiti i kao elektrana za dom, obezbjeđujući mu energiju 5 dana.
• Svaki proizvođač u uskoro očekuje da će prodati najmanje hiljadu eko-automobila godišnje, očekivana cijena je 97.000 dolara.
• Do 2050. vodonik kao izvor goriva pokrivat će trećinu proizvodnje energije.

Ali Elon Musk (šef SpaceX-a i Tesle) izuzetno je kritičan prema novom gorivu, s obzirom na njegovo stvaranje marketinški trik. Musk je rekao da tehnologija neće riješiti stvarne probleme transporta i da litijum-jonske baterije imaju gustinu skladištenja energije koja premašuje sve razvoje vodonika. Šta ti misliš?

Toyota Mirai, alternativa električnim automobilima koji osvajaju tržište, na vodik, uspješno je završila svoju završnu "tajnu" fazu testiranja na cesti. Upravo su neki dan predstavnici kompanije objavili da su spremni za puštanje automobila u proizvodnju.

Zahvaljujući trudu Japanski proizvođači automobili, u doglednoj budućnosti automobili na vodik mogu postati uobičajeni na putevima različite zemlje. Dakle, hibridni automobil koji pokreće vodonik Toyotin motor Mirai je danas spreman za ulazak na svjetsko tržište.

Još prvi put konceptualni model, Toyota Mirai je predstavljena 2013. godine u Sajam automobila u Tokiju. Kasnije je automobil prikazan javnosti u modificiranom obliku 2014. i 2015. godine. Očekivalo se da će automobil krenuti na puteve prije kraja 2015. godine, ali je kasnije taj datum pomjeren za 2016. godinu. pretprodaja automobili su počeli davne 2014. godine u Japanu. Jedna Toyota Mirai košta oko 57 hiljada američkih dolara. U SAD i evropskim zemljama, Toyota Mirai će se prodavati nakon zvaničnog puštanja u prodaju.

Auto na vodik ima karoseriju limuzine sa četiri sedišta. Dužina karoserije – 4.870 mm, širina – 1.810 mm, visina – 1.535 mm. Korišteni model je ZBA-JPD10-CEDSS. Mašina samo koristi Pogon na prednje točkove. Radijus okretanja je 5,7 metara, a veličina gume je 215/55. Osnovna upotreba konstrukcije alu felge R17. Klirens od tla– 130 mm. Do danas, ovo je sve što se službeno zna o tehničkoj komponenti Toyote Mirai.

Objavljeni su i parametri elektrane automobila. Automobil će se voziti zahvaljujući FCA110, koji će pokretati FC gorive ćelije. Motor proizvodi električnu energiju zbog kemijske reakcije vodonika i kisika koja se odvija u njemu. Maksimalna efikasnost iznosi 83%, za poređenje 1,3-litarski Plinski motor daje samo 38%. Maksimalna snaga Elektromotor će proizvoditi 153 KS.

Nema štetne emisije Toyota Mirai ne stvara, samo čista energija i voda izlaze iz motora automobila. Preko 4 km, automobil će ispustiti 240 mililitara vode u atmosferu.

Mnogo važnije i zanimljivije je da je 10. februara 2016. godine završeno posljednje 107-dnevno testiranje Toyote Mirai. Automobil je vozio putevima Japana, SAD-a, Njemačke i mnogih drugih zemalja. Ukupno su automobili prešli 100 hiljada kilometara. Za to vrijeme automobil je dva puta promijenio gume i jednom pločice. Gorivne ćelije auto na vodik pokazali svoju najbolju stranu.

Vrijedi to napomenuti Marka Toyota ušao .