Obecnie prawie wszyscy światowi producenci samochodów aktywnie opracowują pojazdy napędzane paliwami przyjaznymi dla środowiska. Eksperci twierdzą, że za 15-20 lat świat całkowicie przestawi się na ten rodzaj transportu. Podczas gdy przywództwo w tej branży jest utrzymywane przez Toyotę. Po wydaniu słynnego Primusa Japończycy postanowili pójść dalej i opracować kolejny przyjazny dla środowiska czysty samochód - Toyotę Mirai z silnikiem wodorowym. W dzisiejszym artykule rozważymy wszystkie cechy tego nowego produktu, a także wymienimy wszystkie zalety i wady korzystania z maszyn wodorowych.
Charakterystyka
Toyota Mirai to jeden z pierwszych sedanów Wykonane w Japonii, które firma zdecydowała się na masową produkcję. Nawiasem mówiąc, decyzja o nazwaniu tego modelu Mirai była całkiem uzasadniona, ponieważ po japońsku słowo to oznacza „Czysta przyszłość”.
Producent twierdzi, że pierwszy seryjny wodorową Toyotę różni się od swoich odpowiedników dużą rezerwą mocy, która wyniesie 480 kilometrów. To w zupełności wystarczy codzienna operacja w mieście, jak i na rodzinne wycieczki na duże odległości. Ale o ile długie podróże dopóki nie będzie można ich wykonać na takim aucie. I tutaj pytanie nie dotyczy niezawodności projektu (jak zawsze Japończycy stworzyli samochód z wysoką jakością i „na wieki”), ale o brak niezbędnych stacji benzynowych. Ale porozmawiamy o tym trochę później.
Warto zaznaczyć, że Mirai nie jest pierwszym na świecie samochodem napędzanym wodorem. Toyota się rozwija modele hybrydowe samochody od 1997r. To wtedy światowa publiczność zobaczyła napędzanego wodorem koncepcyjnego SUV-a modelu FCHV. Jednak Japończycy nie odważyli się wprowadzić go do masowej produkcji na dużą skalę. Częściej tego jeepa można znaleźć w agencjach rządowych i organizacjach, które testowały ten rodzaj transportu. Nawiasem mówiąc, łączy BMW i Toyotę. Niemcy podpisali kontrakt z japońskimi inżynierami i do 2020 roku planują stworzyć nowy, przyjazny dla środowiska sedan bmw Wodór serii 7.
Plusy samochodu napędzanego wodorem
Zacznijmy od korzyści. Zacznijmy od tego, że silnik zasilany wodorem nie emituje żadnych zanieczyszczeń, w przeciwieństwie do oleju napędowego i benzyny. Na uwagę zasługuje niski koszt obsługi tego rodzaju transportu. Samo paliwo (wodór) może być produkowane zarówno na małą, jak i dużą skalę. To znacznie ustabilizuje sytuację przy stale zmieniających się cenach paliw i bardziej racjonalnie rozłoży je na świecie.
Jakie są wady silnika napędzanego wodorem?
Porozmawiajmy teraz o wadach. Główną wadą tego rodzaju transportu jest to, że silnik wodorowy (w tym Toyota FCV) jest bardziej wybuchowy niż klasyczne odpowiedniki na olej napędowy i benzynę. Wynika to ze specjalnego skład chemiczny wodór. Nawiasem mówiąc, oprócz wybuchowości, jest bardzo niestabilny. Ta cecha znacznie komplikuje transport i tankowanie pojazdów wodorem. Eksperci twierdzą też, że utrzymanie takiej instalacji będzie droższe niż np. naprawa silnika Diesla (ze względu na małą liczbę pracowników, którzy dużo wiedzą o tej dziedzinie). No i oczywiście brak stacji tankowania wodoru. Na świecie jest ich tylko kilka, dlatego korzystanie z takich samochodów jest obecnie bardzo trudne (zwłaszcza, że takie auto można zatankować tylko za pomocą specjalnego sprzętu).
Kwestie zaopatrzenia
Główny problem samochody wodorowe- brak stacji benzynowych, na których można by je zatankować. Dlatego samochody elektryczne są bardziej istotne dla świata, ponieważ są ładowane ze zwykłego gniazdka, a nawet w ruchu, jeśli jest bateria słoneczna. Ale produkcja stacji wodorowych już nabiera rozpędu. Wiadomo już o planach budowy 20 takich stacji benzynowych w Kalifornii. Jeśli sprzedaż będzie nadal rosła, liczba stacji benzynowych podwoi się. Nawiasem mówiąc, ten stan został wybrany nie bez powodu - to w Kalifornii rozpocznie się sprzedaż napędzanych wodorem Toyot. Ale o sprzedaży porozmawiamy na końcu artykułu, ale na razie spójrzmy na wygląd zewnętrzny nowości.
Projekt
Wygląd nowej Toyoty Mirai robi ogromne wrażenie. Masywny, agresywny „przód” z ostrym, szerokim zderzakiem i skośnymi reflektorami od razu rzuca się w oczy. Grill chłodnicy jest prawdopodobnie najmniejszym i najbardziej nieistotnym elementem na zewnątrz.
Ale nawet na tak małym kawałku plastiku Japończykom udało się umieścić swoje godło firmy wykonane w stylu chromu. Samochód ma dobrą powierzchnię szklaną. Dotyczy to zwłaszcza przedniej szyby. Kierowca nie poczuje martwe strefy”, ponieważ wszystkie wydarzenia wokół są teraz widoczne na pierwszy rzut oka. Nadwozie ma zarówno kanciaste, jak i gładkie, aerodynamiczne cechy. Wszystko to sprawia wygląd sedan jest bardzo świeży, nowoczesny i niepowtarzalny.
Wnętrze
Wnętrze samochodu jest jak część statku kosmicznego - masa przycisków, ekranów, czujników i wszelkiego rodzaju innych rzeczy. Co ciekawe, Japończycy nie odważyli się wydać pieniędzy na opracowanie dwóch opcji układu wnętrza - na rynek europejski i na rynek krajowy. Problem z przestawieniem kierownicy rozwiązali w bardzo prosty sposób, umieszczając wszystkie ważne urządzenia informacyjne na środku torpedy.
Sam panel jest umieszczony tuż obok przednia szyba i rozciąga się na całej szerokości. Dalej znajduje się masywny komputer pokładowy, który jest wyposażony we wbudowaną funkcję nawigatora. Poniżej znajduje się kolejny wyświetlacz. I są oddzielone dwoma szerokimi kanałami powietrznymi. Te same są powielone na bokach lusterek, tylko z chromowaną listwą w rogu. Kierownica wyposażony również w przyciski pilot. W kabinie nie ma gałki zmiany biegów - najprawdopodobniej zastosowano wariator lub automatyczną skrzynię biegów. Głośniki znajdują się w drzwiach, podobnie jak przyciski sterowania elektrycznymi szybami. Kierownica posiada wygodny uchwyt. Ogólnie układ kabiny jest bardzo ergonomiczny. I nawet pomimo masy przycisków (zwłaszcza, że połowa z nich jest dotykowa) nie jest przeładowany zbędnymi elementami i sprawia wrażenie w pewnym stopniu ascetycznego.
Specyfikacje
Toyota wypuściła samochód z silnikiem wodorowym, który ma duży zapas moc. Elektrownia, według producentów, będzie miała 153 konie mechaniczne, co jest wystarczające dla samochodu tej klasy. Japończycy nie mówią o innych silnikach i najprawdopodobniej tylko jedna modyfikacja nowości ze 153-konną jednostką przyjazną dla środowiska wejdzie na rynek. Silnik wodorowy (2015 Toyota Mirai) działa na specjalnym ogniwa paliwowe. Wewnątrz tego ostatniego zachodzi reakcja, w której biorą udział wodór i tlen. W wyniku interakcji chemicznej generowana jest potężna energia, która zasila silnik elektryczny.
Dynamika i koszty operacyjne
Tak twierdzi producent charakterystyka dynamiczna Zasilana wodorem Toyota nie różni się niczym od swoich benzynowych odpowiedników. Przyspieszenie od zera do „setek” szacowane jest na 9 sekund. Jednocześnie inżynierowie zwracają uwagę na niski koszt podróży.
Cena zatankowania baku na 1 kilometr wyniesie tylko 10 groszy. Tak więc, aby przejechać samochodem sto kilometrów, trzeba wydać tylko 10 dolarów. I możesz zatankować swój samochód w zaledwie 5 minut.
Jak działa silnik wodorowy?
Z pewnością każdy z nas zastanawiał się nad zasadą działania tego urządzenia. Cóż, przyjrzyjmy się, jak faktycznie działa silnik wodorowy.
Główną siłą napędową tych maszyn jest generator elektrochemiczny (niektórzy Japończycy nazywają go FC Stack. Inside generator elektrochemiczny zachodzi reakcja, w wyniku której następuje utlenienie wodoru. To właśnie w tym okresie generowana jest niezbędna energia, która następnie jest kierowana do kompaktowej baterii. Ten ostatni pełni funkcję zasilania silnika elektrycznego, który napędza maszynę. W jakiej postaci silnik wodorowy wytwarza odpady? „Toyota Mirai” nie na próżno nazywana jest samochodem przyjaznym dla środowiska, ponieważ w ogóle nie pochodzi trujące gazy, ale zwykła woda.
Wszystko to bardzo dobrze, ale jest siła, która hamuje rozwój tego rodzaju transportu. Główny problem polega na tym, że trwają procesy wytwarzania paliwa do samochodów napędzanych wodorem ten moment słabo rozwinięte i wymagają dużych nakładów finansowych. Ponadto podczas tworzenia wodoru zaangażowane są takie składniki, jak węgiel i metan. Bardzo zanieczyszczają atmosferę, dlatego nie ma sensu używać takich silników w imię „ochrony środowiska”. Oczywiście nie ma żadnych odpadów ze spalania tego paliwa ( czysta woda), ale aby go ugotować, trzeba znacznie zepsuć atmosferę brudnymi emisjami. Dlatego coraz więcej specjalistów szuka zamiennika dla obecnego silnika spalinowego w panelach fotowoltaicznych.
Nawiasem mówiąc, wodór nie jest unikalnym rodzajem paliwa, które można stosować tylko w jednym typie silnika. Badania wykazały, że ten produkt jest całkiem realistyczny w użyciu klasyczne silniki ze spalaniem wewnętrznym. Jednak po takiej reakcji są konsekwencje. Faktem jest, że wodór spalony w silniku spalinowym uwalnia tylko 1/3 energii, którą wytworzyłby w wyspecjalizowanej jednostce. To prawda, inżynierom udało się naprawić to niedociągnięcie. Dzięki zmodyfikowanemu układowi zapłonowemu wydajność takich silników nie spada, a wręcz przeciwnie, wzrasta prawie 1,5-krotnie w stosunku do zwykłego, co czyni eksploatację tego paliwa bardziej korzystną i racjonalną z ekologicznego i finansowego punktu widzenia pogląd.
Ale nadal zauważono problemy nie tylko w dziedzinie wydajności. A jeśli inżynierom udało się zwiększyć wydajność poprzez ulepszenie układu zapłonowego, to nie radzą sobie z takimi problemami, jak wysoka temperatura spalania w komorze, wypalanie tłoków i zaworów. Swoją drogą, o godz długa praca wodór może reagować z innymi elementami silnika, w tym ze smarem. A bez tego silnik zużywa się bardzo szybko. Ponadto wodór, ze względu na swoją lotność, może tam wniknąć i zapalić się. Dotyczący obrotowe silniki spalinowe, ze względu na prostą konstrukcję i dużą odległość między kolektorami, bardziej sprzyjają stosowaniu takiego paliwa jak główny. Na to pytanie, jak działa silnik wodorowy, można uznać za zamknięte.
O kosztach
Według producenta rozpoczęcie sprzedaży samochodów Toyota Mirai nastąpi wiosną 2015 roku. Początkowo nowość będzie dostępna tylko na rynku krajowym, a latem pojawi się na rynku europejskim i europejskim rynki amerykańskie. Cena wywoławcza napędzanej wodorem Toyoty wynosi 57 500 USD. Ponadto firma oferuje zakup tego samochodu na kredyt z miesięczną opłatą w wysokości 500 USD. Bonusem będzie okazja bezpłatne tankowanie samochód przez rok na stacjach benzynowych w Kalifornii.
Jak dotąd japońska Toyota nie ma konkurencji wśród samochodów napędzanych wodorem. Przynajmniej tak będzie do 2016 roku. Faktem jest, że w marcu 2016 roku na rynek wchodzi nowy samochód napędzany wodorem Honda FCV. Nie będziemy jednak przewidywać, jak bardzo będzie popularna, ale na razie poczekamy na rozpoczęcie sprzedaży nowej Toyoty Mirai.
Wniosek
Dowiedzieliśmy się więc, dlaczego jest tak wyjątkowy i jak działa silnik wodorowy. Toyota jest jednym z pierwszych producentów samochodów, który poważnie rozważa masową produkcję swojego „produktu przyjaznego dla środowiska”. To prawda, że \u200b\u200bdopóki problem ze stacjami benzynowymi i tańszym sposobem nie zostanie rozwiązany, firma raczej nie odniesie wielkiego sukcesu w sprzedaży takich samochodów.
Tradycyjny silnik wewnętrzne spalanie(ICE) ma szereg istotnych wad, co sprawia, że naukowcy go szukają godny zamiennik. Najpopularniejszą opcją dla takiej alternatywy jest silnik elektryczny, ale nie jedyny, który może konkurować z silnikami spalinowymi. W tym artykule skupimy się na silniku wodorowym, który słusznie uważany jest za przyszłość przemysłu motoryzacyjnego i może rozwiązać problem szkodliwych emisji i wysokich kosztów paliwa.
Krótka historia
Pomimo tego, że ochrona środowiska dopiero teraz stała się problemem masowym, o zmianę standardowy silnik spalanie wewnętrzne, naukowcy myśleli o tym już wcześniej. Tak więc silnik napędzany wodorem „zobaczył świat” w 1806 roku, co ułatwił francuski wynalazca Francois Isaac de Rivaz (wytwarzał wodór przez elektrolizę wody).
Minęło kilkadziesiąt lat iw Anglii wydano pierwszy patent na silnik wodorowy (1841), aw 1852 niemieccy naukowcy zaprojektowali silnik spalinowy, który mógł pracować na mieszance powietrzno-wodorowej.
Nieco później, podczas blokady Leningradu, kiedy benzyna była produktem deficytowym, a wodór był dostępny w wystarczających ilościach. w dużych ilościach, technik Boris Shelishch zasugerował użycie mieszaniny powietrza i wodoru do działania balonów zaporowych. Następnie wszystkie silniki spalinowe wciągarek balonowych zostały przeniesione na zasilanie wodorowe, a łączna liczba maszyn napędzanych wodorem osiągnęła 600 sztuk.
W pierwszej połowie XX wieku zainteresowanie opinii publicznej silnikami wodorowymi nie było duże, jednak wraz z nadejściem kryzysu paliwowo-energetycznego lat 70. sytuacja uległa diametralnej zmianie. W szczególności w 1879 r Firma BMW wypuściło pierwszy samochód, który jeździł całkiem dobrze na wodorze (bez wybuchów i ulatniania się pary wodnej z rury wydechowej).
Po BMW inni zaczęli działać w tym kierunku głównych producentów samochodów, a pod koniec ubiegłego wieku prawie każda szanująca się firma samochodowa miała już koncepcję opracowania samochodu napędzanego wodorem. Jednak wraz z końcem kryzysu naftowego interes publiczny w alternatywne źródła paliwem, choć w naszych czasach zaczyna się na nowo budzić, napędzane przez ekologów walczących o zmniejszenie toksyczności spaliny samochody.
Co więcej, ceny energii i chęć uzyskania niezależności paliwowej jedynie przyczyniają się do teoretycznych i praktycznych badań naukowców z wielu krajów świata. Najbardziej aktywne firmy to BMW, General Motors, Silnik Hondy, Silnik Forda.
Interesujący fakt! Wodór jest najbardziej powszechnym pierwiastkiem we wszechświecie, ale bardzo trudno będzie znaleźć go w czystej postaci na naszej planecie.
Zasada działania i rodzaje silników wodorowych
Główną różnicą między instalacją wodorową a tradycyjnymi silnikami jest sposób zasilania płyn paliwowy a następnie zapłon mieszaniny roboczej. Jednocześnie zasada przekształcania ruchów posuwisto-zwrotnych mechanizmu korbowego w pożyteczna praca pozostaje bez zmian. Biorąc pod uwagę, że spalanie paliwa ropopochodnego następuje raczej powoli, mieszanka paliwowo-powietrzna wypełnia komorę spalania, zanim tłok osiągnie swoje maksimum najwyższa pozycja(tzw. górny martwy punkt).
Szybka reakcja wodoru umożliwia przesunięcie czasu wtrysku bliżej momentu, w którym tłok zaczyna powracać do dolnego martwego punktu. Należy zauważyć, że ciśnienie w układzie paliwowym niekoniecznie będzie wysokie.
Jeśli dla silnika wodorowego zostaną stworzone idealne warunki pracy, może on mieć układ zasilania paliwem typ zamknięty kiedy proces mieszania będzie przebiegał bez udziału atmosfery prądy powietrza. W tym przypadku po suwie sprężania para wodna pozostaje w komorze spalania, która przechodząc przez chłodnicę skrapla się i zamienia z powrotem w zwykłą wodę.
Jednak zastosowanie tego typu urządzenia jest możliwe tylko wtedy, gdy pojazd posiada elektrolizer, który oddziela wodór od wody w celu jego ponownej reakcji z tlenem. W tej chwili osiągnięcie takich wyników jest niezwykle trudne. Służy do stabilnej pracy silników, a jego parowanie jest częścią spalin.
Dlatego bezproblemowy rozruch elektrowni i jej stabilna praca na gazie wybuchowym bez użycia powietrze atmosferyczne– jest nadal zadaniem niewykonalnym. Istnieją dwie opcje dla samochodowych instalacji wodorowych:jednostek działających w oparciu o wodorowe ogniwa paliwowe oraz wodorowych silników spalinowych.
Elektrownie oparte na wodorowych ogniwach paliwowych
Zasada działania ogniw paliwowych opiera się na reakcjach fizycznych i chemicznych. W rzeczywistości są to te same akumulatory ołowiowe, tylko sprawność ogniwa paliwowego jest nieco wyższa niż akumulatora i wynosi około 45% (czasem więcej).
W korpusie ogniwa paliwowego wodorowo-tlenowego umieszczona jest membrana (przewodząca tylko protony), oddzielająca komorę z anodą od komory z katodą. Wodór dostaje się do komory anodowej, a tlen do komory katodowej. Każda elektroda jest wstępnie pokryta warstwą katalizatora, którą często jest platyna. Po wystawieniu na jego działanie wodór cząsteczkowy zaczyna tracić elektrony.
W tym samym czasie protony przechodzą przez membranę do katody i pod wpływem tego samego katalizatora łączą się z elektronami pochodzącymi z zewnątrz. W wyniku reakcji powstaje woda, a elektrony z komory anodowej przemieszczają się do obwodu elektrycznego podłączonego do silnika. Mówiąc najprościej, otrzymujemy prąd elektryczny, który zasila silnik.
Silniki wodorowe oparte na ogniwach paliwowych są obecnie stosowane w pojazdach Niva wyposażonych w elektrownię Antel-1 i pojazdach Łada 111 z jednostką Antel-2, które zostały opracowane przez inżynierów Uralu. W pierwszym przypadku jedno ładowanie wystarcza na 200 km, aw drugim na 350 km.
Należy zauważyć, że ze względu na wysoki koszt metali (palladu i platyny) stosowanych w konstrukcjach takich silników wodorowych, podobne instalacje mają bardzo wysoki koszt, co znacznie podnosi cenę pojazdu, na którym są montowane.
Czy wiesz?Toyota rozpoczęła prace nad technologią ogniw paliwowych 20 lat temu. Mniej więcej w tym czasie rozpoczął się również projekt samochodu hybrydowego Prius.
Silniki spalinowe na wodór
Ten typ elektrowni jest bardzo podobny do powszechnie stosowanych obecnie silników propanowych, więc aby przełączyć się z propanu na paliwo wodorowe, wystarczy po prostu przekonfigurować silnik. Istnieje już wiele przykładów takiego przejścia, ale trzeba powiedzieć, że w tym przypadku wydajność będzie nieco niższa niż przy zastosowaniu ogniw paliwowych. Jednocześnie do uzyskania 1 kW energii wodorowej potrzeba mniej energii wodorowej, co w pełni rekompensuje tę wadę.
Zastosowanie tej substancji w konwencjonalnym silniku spalinowym spowoduje cała linia problemy. Po pierwsze, wysoka temperatura sprężania „spowoduje” reakcję wodoru z metalowymi częściami silnika, a nawet z olejem silnikowym. Po drugie, nawet niewielki wyciek w kontakcie z gorącym kolektorem wydechowym z pewnością spowoduje pożar.
Tylko z tego powodu jednostki mocy typu obrotowego, ponieważ ich konstrukcja zmniejsza ryzyko pożaru ze względu na odległość między kolektorami dolotowymi i wydechowymi. W każdym razie wszystkie problemy zostały jak dotąd przezwyciężone, co pozwala uznać wodór za dość obiecujące paliwo.
Dobrym przykładem pojazdu napędzanego wodorem jest eksperymentalny sedan BMW 750hL, koncepcja, która została zaprezentowana na początku XXI wieku. Samochód jest wyposażony w dwunastocylindrowy silnik, który pracuje na paliwie rakietowym i pozwala rozpędzić auto do 140 km/h. Wodór w postaci płynnej przechowywany jest w specjalnym zbiorniku, a jeden zapas wystarcza na 300 kilometrów. W przypadku całkowitego zużycia system automatycznie przełącza się na zasilanie benzyną.
Silnik wodorowy na dzisiejszym rynku
Ostatnie badania naukowców z dziedziny eksploatacji silników wodorowych wykazały, że są one nie tylko bardzo przyjazne dla środowiska (jak silniki elektryczne), ale mogą być bardzo wydajne pod względem osiągów. Co więcej, wg wskaźniki techniczne elektrownie wodorowe przewyższają swoje elektryczne odpowiedniki, co już zostało udowodnione (np. Honda Clarity).
Również Należy zauważyć, że w przeciwieństwie do systemów Tesla Powerwall, analogi wodoru mają jeden istotna wada:
naładować akumulator za pomocą energia słoneczna nie będzie już działać, ale zamiast tego będziesz musiał szukać specjalnej stacji benzynowej, której dziś, nawet w skali globalnej, nie ma tak wiele.
Teraz Honda Clarity została wypuszczona w dość limitowanej serii, a samochód można kupić tylko w Kraju Kwitnącej Wiśni, ponieważ pojazd pojawi się w Europie i Ameryce dopiero pod koniec 2016 roku.
Warto wiedzieć!Generator Power Exporter 9000 (może być częścią Kompletny zestaw Hondy Clarity) jest w stanie zasilić wszystkie sprzęty AGD przez prawie cały tydzień.
Również w naszych czasach inne pojazdy przy użyciu paliwa wodorowego. Należą do nich Mazda RX-8 wodorowa i BMW Hydrogen 7 (hybrydy napędzane ciekłym wodorem i benzyną), a także autobusy Ford E-450 i MAN. miasto lwów autobus.
Wśród samochody najwybitniejszymi przedstawicielami pojazdów napędzanych wodorem są dziś samochody Mercedes-Benz GLC Komórka F(istnieje możliwość doładowania z konwencjonalnej sieci domowej, a całkowita rezerwa mocy to ok. 500 km), Toyotę Mirai(działa tylko na wodór, a jedno tankowanie powinno wystarczyć na przejechanie 650 km) oraz Przejrzystość Hondy FCX(deklarowana rezerwa mocy sięga 700 km). Ale to nie wszystko, bo pojazdy napędzane wodorem produkują też inne firmy, jak chociażby Hyundai (Tucson FCEV).
Zalety i wady silników wodorowych
Przy wszystkich swoich zaletach nie można powiedzieć, że transport wodoru jest pozbawiony pewnych wad. W szczególności należy rozumieć, że palna postać wodoru w temperaturze pokojowej i pod normalnym ciśnieniem występuje w postaci gazu, co powoduje pewne trudności w przechowywaniu i transporcie takiego paliwa. To znaczy, istnieje poważny problem projektowanie bezpiecznych zbiorników wodoru wykorzystywanego jako paliwo do samochodów.
Ponadto butle zawierające tę substancję wymagają okresowej kontroli i certyfikacji, które mogą być przeprowadzane wyłącznie przez wykwalifikowany i licencjonowany personel. Do tych problemów należy doliczyć wysokie koszty obsługi silnika wodorowego, nie mówiąc już o bardzo ograniczonej (przynajmniej w naszym kraju) liczbie stacji paliw.
Nie zapominaj, że instalacja wodorowa zwiększa wagę samochodu, co może sprawić, że nie będzie on tak zwrotny, jak byś sobie tego życzył. Dlatego biorąc pod uwagę powyższe, zastanów się dobrze: czy warto kupić pojazd napędzany wodorem, czy lepiej na razie z nim poczekać.
Trzeba jednak powiedzieć, że takie rozwiązanie ma wiele zalet. Po pierwsze, Twój samochód nie będzie zanieczyszczał środowiska substancjami toksycznymi spaliny, Po drugie, masowa produkcja wodoru mogłaby pomóc w rozwiązaniu problemu wahań cen paliw i zakłóceń w dostawach konwencjonalnych paliw płynnych.
Ponadto w wielu krajach zbudowano już sieci rurociągów do metanu i nietrudno je przystosować do tłoczenia wodoru z późniejszym dostarczaniem go na stacje benzynowe. Wodór można wytwarzać zarówno na małą skalę, tj poziom lokalny i masowo – w dużych, scentralizowanych przedsiębiorstwach. Wzrost produkcji wodoru będzie stanowić dodatkową zachętę do zwiększania podaży tej substancji na potrzeby gospodarstw domowych (np. do ogrzewania domów i biur).
Subskrybuj nasze kanały
Współczesny przemysł motoryzacyjny rozwija się z naciskiem na produkcję pojazdów bardziej przyjaznych dla środowiska. Wynika to z ogólnoświatowej walki o czystość powietrza atmosferycznego poprzez ograniczenie emisji dwutlenku węgla. Stały wzrost cen benzyny zmusza także producentów do poszukiwania innych źródeł energii. Wielu wiodących producentów samochodów stopniowo przechodzi do produkcja seryjna samochody napędzane paliwem alternatywnym, które w niedalekiej przyszłości doprowadzą do pojawienia się na drogach świata wystarczająco nie tylko samochody elektryczne, ale także samochody napędzane silnikami paliwo wodorowe.
Jak działają samochody napędzane wodorem
Samochód napędzany wodorem ma za zadanie ograniczać emisję do atmosfery dwutlenku węgla, a także innych szkodliwych zanieczyszczeń. Wykorzystanie wodoru do napędzania pojazdu kołowego jest możliwe na dwa różne sposoby:
- zastosowanie wodorowego silnika spalinowego (VDVS);
- elektrownia jednostka elektryczna pracuje od pierwiastki wodorowe(VE).
VVS jest odpowiednikiem powszechnie stosowanych obecnie silników, których paliwem jest propan. To właśnie ten model silnika najłatwiej przekonfigurować do pracy na wodorze. Jego zasada działania jest taka sama jak silnik benzynowy, zamiast benzyny do komory spalania dostaje się tylko skroplony wodór. Samochód z energią odnawialną to tak naprawdę samochód elektryczny. Wodór jest tu jedynie surowcem do wytwarzania energii elektrycznej potrzebnej do zasilania silnika elektrycznego.
Pierwiastek wodoru składa się z następujących części:
- korpus;
- membrana przepuszczająca tylko protony - dzieli pojemność na dwie części: anodę i katodę;
- anoda pokryta katalizatorem (palladem lub platyną);
- katoda z tym samym katalizatorem.
Zasada działania VE opiera się na reakcji fizykochemicznej, na którą składają się:
Tak więc, gdy samochód się porusza, nie emituje dwutlenku węgla, a jedynie parę wodną, energię elektryczną i tlenek azotu.
Kluczowe cechy samochodów napędzanych wodorem
Główni gracze na rynku motoryzacyjnym mają już prototypy swoich produktów wykorzystujących wodór jako paliwo. Zdecydowanie możesz podkreślić indywidualne cechy techniczne takich maszyn:
- maksymalna rozwinięta prędkość do 140 km/h;
- średni przebieg z jednego tankowania wynosi 300 km (niektórzy producenci, na przykład Toyota czy Honda, deklarują dwukrotnie większą liczbę - odpowiednio 650 lub 700 km na samym wodorze);
- czas przyspieszania do 100 km / h od zera - 9 sekund;
- moc elektrowni do 153 koni mechanicznych.
Samochód ten rozpędza się do 179 km/h, a do 100 km/h samochód rozpędza się w 9,6 sekundy i co najważniejsze jest w stanie przejechać 482 km bez dodatkowego tankowania Całkiem dobre parametry nawet jak na silniki benzynowe. Nie nastąpił jeszcze zwrot w kierunku Sił Powietrznych wykorzystujących skroplony H2 lub pojazdów napędzanych energią odnawialną i nie jest jasne, który z tych typów silników osiągnie najlepsze specyfikacje i wskaźniki ekonomiczne. Ale dzisiaj wyprodukowano więcej modeli maszyn z napędem elektrycznym, zasilanych energią odnawialną, które dają większą wydajność. Chociaż zużycie wodoru w celu uzyskania 1 kW energii jest mniejsze w VDVS.
Ponadto przezbrojenie silników spalinowych na wodór w celu zwiększenia sprawności wymaga zmiany układu zapłonowego instalacji. Problem szybkiego wypalania się tłoków i zaworów na skutek wyższej temperatury spalania wodoru nie został jeszcze rozwiązany. Tutaj o wszystkim zadecyduje dalszy rozwój obu technologii, a także dynamika cen w okresie przechodzenia do masowej produkcji.
Plusy i minusy samochodów napędzanych wodorem
Do głównych zalet pojazdów napędzanych wodorem należą:
- wysoka przyjazność dla środowiska, polegająca na braku większości szkodliwe substancje w spalinach typowych dla pracy silnika benzynowego – dwutlenek i tlenek węgla, tlenek i dwutlenek siarki, aldehydy, węglowodory aromatyczne;
- więcej wysoka wydajność, w porównaniu z samochodami benzynowymi;
Ogólnie rzecz biorąc, samochód ma ambicje podboju całego świata. - mniej hałasu z silnika;
- brak skomplikowanych, zawodnych systemów zasilania paliwem i chłodzenia;
- możliwość zastosowania dwóch rodzajów paliwa.
Ponadto pojazdy napędzane powietrzem mają mniejszą masę i większą objętość użytkową, pomimo konieczności instalowania zbiorników paliwa.
Do wad samochodów napędzanych wodorem należą:
- masywność elektrowni podczas korzystania z ogniw paliwowych, co zmniejsza zwrotność samochodu;
- wysoki koszt samych pierwiastków wodorowych ze względu na zawarty w nich pallad lub platynę;
- niedoskonałość projektu i niepewność materiału do produkcji zbiorników na paliwo wodorowe;
- brak technologii magazynowania wodoru;
- brak stacji tankowania wodoru, których infrastruktura jest bardzo słabo rozwinięta na całym świecie.
Jednak wraz z przejściem do masowej produkcji samochodów wyposażonych w elektrownie wodorowe większość tych niedociągnięć zostanie najprawdopodobniej wyeliminowana.
Które pojazdy napędzane wodorem są już produkowane
Produkcją pojazdów napędzanych wodorem zajmują się czołowe światowe firmy motoryzacyjne, takie jak BMW, Mazda, Mercedes, Honda, MAN i Toyota, Daimler AG czy General Motors. Wśród modeli eksperymentalnych, a niektórzy producenci mają już modele na małą skalę, są samochody, które działają tylko na wodór lub z możliwością korzystania z dwóch rodzajów paliwa, tzw. hybrydy.
Takie modele pojazdów wodorowych są już produkowane, jak np.:
- Ford Focus FCV;
- Mazda RX-8 wodór;
- Mercedes-Benz Klasa A;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- autobusy MAN Lion autobus miejski i Forda E-450;
- samochód hybrydowy na dwa rodzaje paliwa BMW Hydrogen 7.
Dziś z całą pewnością możemy powiedzieć, że mimo istniejących trudności (nowe zawsze z trudem nadchodzi), przyszłość należy do więcej zielone samochody. Autocary napędzane paliwem wodorowym będą godna konkurencja pojazdy elektryczne.
Producenci samochodów dokładają wszelkich starań, aby oferować nam pojazdy przyjazne dla środowiska. Obecnie światowe rezerwy ropy naftowej kurczą się, a obawy dotyczące konsekwencji globalnego ocieplenia pozostają aktualne. W rezultacie zaczęły się pojawiać ciekawe technologie produkcja silników. Początkowo były to samochody hybrydowe z silnikami benzynowymi i elektrycznymi. Potem były samochody całkowicie elektryczne, takie jak Nissan Leaf i modelu Tesli SA najnowsza nowość w tym kierunku stały się samochody wodorowe.
Wodór jest niedrogim i odnawialnym źródłem energii. Do tej pory są tylko dwa samochód seryjny z znane firmy– Ogniwo paliwowe Toyota Mirai i Hyundai ix35. Postanowiliśmy opowiedzieć Ci o 10 rzeczach, które powinieneś wiedzieć o samochodach napędzanych wodorem.
1. Moc = woda
Hyundai ix35 Fuel Cell nie ma tradycyjny silnik pod maską. Jego miejsce zajmuje ogniwo paliwowe, jak sugeruje nazwa crossovera. Otrzymuje tlen z powietrza na zewnątrz samochodu i wodór ze zbiornika w samochodzie, co powoduje reakcję chemiczną potrzebną do wytworzenia elektrod zasilających samochód. Jedynym odpadem produkcyjnym jest H2O, czyli woda.
Zainteresowany władzą? Sprawdź to! Zerowa emisja? Tak, to rzeczywistość!
2. Milczą… prawie
Wsiądź do samochodu napędzanego wodorem, włącz zapłon (w przypadku Hyundaia jednym naciśnięciem przycisku) i nic nie usłyszysz. Podobnie jak samochody elektryczne, w takich samochodach nie ma dźwięku silnika. Cóż, prawie nie istnieje.
Jeśli wysiądziesz z samochodu na stosunkowo cichej ulicy, usłyszysz minimalny szum pracującego ogniwa paliwowego. W ruchu miejskim dźwięk ten jest na ogół niezauważalny. Podczas jazdy będzie słychać tylko zwykły dźwięk kół. Gdy wciśniesz pedał przyspieszenia, nic nie usłyszysz, ale poczujesz prawdziwą moc.
3. Idź, idź, idź
Wszystko to może wydawać się zbyt piękne, aby było prawdziwe. Może pojawić się pytanie, co będą musieli poświęcić właściciele samochodów napędzanych wodorem. Niektórzy myślą, że władza jest słabość takie maszyny. Ale wystarczy nacisnąć pedał gazu, a wynik na pewno Cię nie zawiedzie.
Hyundai ix35 Fuel Cell to crossover z napędem na przednie koła, więc najwyraźniej nie został zaprojektowany do instalacji rekordy prędkości. Ale naciśnięcie pedału przyspieszenia pozostawia tylko pozytywne wrażenia- ciało zaczyna przyjemnie przylegać do siedziska.
4. Jest tu również bateria
Sam samochód jeździ na gazie, ale też akumulator w nim zainstalowany. Jest niezbędny do uruchomienia i początkowego przyspieszenia, ponieważ pomiędzy naciśnięciem pedału a uzyskaniem wymaganej mocy z ogniwa paliwowego występuje niewielkie (poniżej 1 sekundy) opóźnienie.
Akumulator jest ładowany za pomocą energii kinetycznej wytwarzanej podczas hamowania.
5. Brak obrotomierza, tylko moc
Samochody napędzane wodorem nie mają silnika spalinowego i tradycyjnej skrzyni biegów. Tutaj używamy czegoś podobnego do automatyczna skrzynia. Dlatego zamiast znanego nam wszystkim obrotomierza na tablicy rozdzielczej zainstalowana jest skala mocy.
Tak, moc! Im mocniej naciskasz pedał przyspieszenia, tym wyżej podnosi się strzałka na skali mocy. Wygląda trochę głupio, ale zabawnie! spójrz tylko na ten fragment panel naciskając pedał i ciesz się.
6. Autonomia
Jednym z najpoważniejszych problemów, z jakimi borykają się właściciele samochodów elektrycznych, jest ograniczony przebieg na jednym ładowaniu akumulatora. Pod tym względem samochody z tradycyjnymi silnikami spalinowymi są bardziej konkurencyjne.
Ale w przypadku samochodów napędzanych wodorem nie jest tak źle. Nie musisz robić wielu postojów na tankowanie w trakcie długie podróże. Tak więc Toyota Mirai będzie w stanie przejechać około 500 kilometrów bez tankowania, ale Hyundai twierdzi, że ix35 Fuel Cell pokona nawet 594 km na jednym zbiorniku wodoru. I to bardzo, bardzo dobry wskaźnik za samochód przyjazny dla środowiska!
7. Tankowanie - szybkie, ale bardzo problematyczne
Proces tankowania odbywa się jak w konwencjonalnych samochodach - trzeba otworzyć właz zbiornika paliwa i włożyć specjalny "pistolet", aby napełnić zbiornik wodorem. Warto zauważyć, że zbiornik można napełnić w zaledwie 3-5 minut (w zależności od pojemności), a to znacznie szybciej niż nawet najbardziej szybkie ładowanie samochód elektryczny (około pół godziny).
Jest to wygodniejsze, ale jest jeden bardzo, bardzo wielki problem: Znalezienie stacji benzynowej, która sprzedaje wodór, jest dziś prawie niemożliwe. Na przykład nawet w Wielkiej Brytanii są tylko 4 stacje publiczne przeznaczony do tankowania pojazdów wodorowych.
Według prognoz w Wielkiej Brytanii do 2020 roku liczba takich stacji wzrośnie do 65, ale nawet w tak rozwiniętym kraju będzie to bardzo mała sieć. Obecnie w Wielkiej Brytanii jest ponad 8000 konwencjonalnych stacji paliw. Nie może być mowy o jakimkolwiek porównaniu. Co możemy powiedzieć o Rosji ...
8. System informacyjno-rozrywkowy
Może się wydawać, że samochód napędzany wodorem nie może być bardzo mocny, ale bez obaw – mocy wystarczy szybkie przyspieszenie i odtwarzać ulubione treści audio i wideo.
Jak w zwykły samochód, w kabinie wodoru” żelazne konie” posiada kompletny zestaw nowoczesnej elektroniki. Klimatyzacja, synchronizacja ze smartfonem przez Bluetooth, nawigacja, czujniki parkowania, tempomat, kamera cofania – to wszystko można zamontować w takim aucie.
9. Tylko cztery koła
Cztery koła to standardowe wyposażenie każdego samochodu. Ale będziesz musiał zapomnieć o wnęce na koło zapasowe, ponieważ cała przestrzeń została „zjedzona” zbiornik paliwa. Zbiornik wodoru zajmuje dużo miejsca, więc albo musisz nauczyć się go używać zestaw naprawczy lub zanieść do Bagażnik zapas w razie czego. Najprawdopodobniej najlepszym rozwiązaniem będzie zakup odpowiedniego „pasażera na gapę”.
10. To nie jest tanie... jeszcze
Jak wspomniano wcześniej, obecnie na rynku dostępne są tylko dwa pojazdy napędzane wodorem – Toyota Mirai i Hyundai ix35 Fuel Cell. W Europie cena „koreańskiego” to około 76 000 USD, ale za model Toyoty trzeba będzie zapłacić około 57 500 USD.
To wcale nie jest tanie, zwłaszcza biorąc pod uwagę tak ograniczoną liczbę miejsc, w których można zatankować taki samochód. Hyundai zauważa, że planuje wypuścić więcej kompaktowy model z taką elektrownią. Najprawdopodobniej będzie się różnić bardziej przystępną ceną. Tak i inne producentów samochodów poważnie zajął się badaniem nowych technologii.
Co sądzisz o samochodach napędzanych wodorem? Czy mają przyszłość na świecie, aw szczególności na rosyjskich drogach?
Około 45% ropy produkowanej na świecie jest wykorzystywane jako paliwo do samochodów. Zasoby ropy naftowej są ograniczone i nie są odnawialne, więc poszukiwanie uniwersalnego źródła energii, które można uzyskać w warunkowo nieograniczonych ilościach, jest oczywiście pilnym zadaniem.
Wodór jako paliwo do silników jest uważany za jedną z najbardziej obiecujących substancji. Zasoby wodoru na Ziemi są praktycznie niewyczerpane, ponieważ można je łatwo odizolować od zwykłej wody. Magazynowanie i transport tego gazu, choć wiąże się z pewnymi trudnościami, jest wykonalne. A co najważniejsze, przy równych masach spalanie wodoru uwalnia 3 razy więcej energii niż spalanie benzyny.
Pierwszy patent na elektrownię wodorową wydano w Anglii w 1841 roku. W 1852 roku w Niemczech zbudowano silnik spalinowy napędzany mieszanką wodoru i powietrza, a osławiony sterowiec Zeppelina Hindenburg został wyposażony w silniki podróżne, pracujący nad gazami oświetleniowymi - mieszaninami gazów z pięćdziesięcioprocentowym udziałem wodoru.
Zainteresowanie silnikami wodorowymi powróciło w latach siedemdziesiątych, wraz z nadejściem kryzysu paliwowo-energetycznego.
Po zakończeniu kryzysu naftowego zainteresowanie alternatywnymi źródłami energii nie zniknęło. Obecnie jest intensywnie ogrzewany przez ekologów, którzy walczą o jego ograniczenie szkodliwe emisje w atmosferze. Ponadto stale rosnące ceny energii oraz dążenie wielu krajów do uniezależnienia się paliwowego przyczyniają się do kontynuacji teoretycznych i praktycznych badań nad wykorzystaniem wodoru w pojazdach.
Najbardziej aktywne są badania nad rozwojem silników wodorowych Ogólny Motors, Honda Motor, Ford Motor, BMW i inne.
Rodzaje i zasada działania silników wodorowych
Nowoczesne elektrownie dzielą się ze względu na zasadę działania na dwa rodzaje: silniki elektryczne zasilane wodorowymi ogniwami paliwowymi oraz silniki spalinowe zasilane wodorem.
Elektrownie oparte na wodorowych ogniwach paliwowych
Zasada działania ogniw paliwowych opiera się na reakcji fizycznej i chemicznej. Zasadniczo ogniwa paliwowe przypominają konwencjonalne akumulatory ołowiowe. Różnica polega na tym, że sprawność ogniwa paliwowego jest znacznie wyższa niż sprawność akumulatora i wynosi 45% lub więcej.
W obudowie wodorowo-tlenowego ogniwa paliwowego zainstalowana jest membrana przewodząca wyłącznie protony. Oddziela dwie komory z elektrodami - anodą i katodą. Wodór jest dostarczany do komory anodowej, a tlen do komory katodowej. Każda elektroda jest pokryta warstwą katalizatora, na przykład platyny. Wodór cząsteczkowy pod wpływem katalizatora osadzonego na anodzie traci elektrony. Protony przedostają się przez membranę do katody i pod wpływem katalizatora łączą się z elektronami (przepływ elektronów jest dostarczany z zewnątrz), w wyniku czego powstaje woda. Elektrony z komory anodowej trafiają do obwodu elektrycznego podłączonego do silnika, to znaczy, w języku potocznym, powstaje prąd elektryczny, który zasila silnik elektryczny.
Obecne modele samochodu z elektrownią na ogniwa paliwowe to Niva z elektrownią Antel-1 i Łada 111 z elektrownią Antel-2, opracowane przez inżynierów Uralu. Na jednym ładowaniu pierwszy samochód może przejechać 200 km, drugi - 350 km.
Silniki spalinowe na wodór
Podczas stosowania wodoru w konwencjonalnym silniku spalinowym pojawia się szereg problemów. Najpierw o godz wysoka temperatura a wodór sprężany reaguje z metalem, z którego wykonany jest silnik, a nawet z olejem silnikowym. Ponadto w przypadku nawet niewielkiego wycieku, w kontakcie z gorącym kolektorem wydechowym, nieuchronnie dojdzie do jego zapalenia. Dlatego, nawiasem mówiąc, do pracy nad wodorem używają silniki rotacyjne, którego projekt zakłada oddalenie kolektor dolotowy od gniazdka, co zmniejsza ryzyko pożaru. Jednak wszystkie te problemy, w tym konieczność zmiany układu zapłonowego, jakoś udaje się obejść, co pozwala inżynierom uznać wodór za obiecujące paliwo.
Silnik spalinowy zasilany wodorem ma sprawność niższą niż silniki na ogniwa paliwowe, ale fakt, że do wytworzenia 1 kW energii potrzeba mniej wodoru niż benzyny, pozwala pogodzić się z obniżoną sprawnością.
Doskonałym przykładem samochodu napędzanego wodorem jest eksperymentalny sedan BMW 750hL wyprodukowany przez edycja limitowana i dostępne dla kupujących. Zawiera 12 silnik cylindrowy, napędzany paliwem rakietowym (wodór + tlen), pozwalający rozpędzić się do 140 km/h.
Skroplony wodór przechowywany jest w specjalnym zbiorniku w niskiej temperaturze. Zapas wodoru wystarcza na około 300 kilometrów. Jeśli jest zużyty, silnik automatycznie przełącza się na zasilanie z dodatkowy zbiornik z benzyną. Cena BMW Hydrogen 7 jest porównywalna z kosztem zwykłej „siódemki” i wynosi około 93 tysięcy dolarów.
Problemy i zadania rozwoju silników wodorowych
Istnieje szereg barier technologicznych i środowiskowych dla masowej konwersji na wodór jako paliwo.
Produkcja paliwa wodorowego kosztuje dziś 4 razy więcej niż produkcja benzyny.
A proces pozyskiwania wodoru z wody jest wciąż zbyt kosztowny. Dlatego większość jego objętości jest obecnie wytwarzana z metanu. Jego transport i przechowywanie wiąże się z wysokimi kosztami.
W przypadku masowego wprowadzenia takich elektrowni ilość wodoru w atmosferze gwałtownie wzrośnie, co może doprowadzić do zniszczenia warstwy ozonowej Ziemi, ponieważ silniki wodorowe emitują znacznie więcej tlenków azotu niż silniki benzynowe.
Poziom komercyjnego zwrotu z takich elektrowni jest widoczny dopiero w długim okresie.
Jednak dokładnie te same problemy pojawiły się w odpowiednim czasie podczas rozwoju benzyny, energii elektrycznej i silniki gazowe. Pozostaje mieć nadzieję, że za 15-20 lat sytuacja się zmieni, a pojawienie się na drogach samochodu napędzanego wodorem stanie się codziennością.
