Olejový zabijak: prvé auto na vodík, Toyota Mirai, so silným motorom. Vodíkový motor

Posledná energetická kríza sa prehnala svetom v roku 2008 a môže sa zdať, že problémy s množstvom ropy už nevznikajú: výrobné normy sa zvyšujú a cena je nižšia. Ale napriek tomu nikto nemôže poprieť, že zásoby paliva na planéte sa zmenšujú. Automobilové obavy platiť za výskum a vývoj alternatívnych palív. Motor Rivaz, poháňaný vodou, sa objavil na začiatku 19. storočia. Vynález bol predstavený v roku 1806 a bol prvým motorom vnútorné spaľovanie, predbiehanie benzínu a plynové motory. Vývojári na dlhú dobu sa snažil pokračovať vo vývoji v tomto smere, ale s cieľom uskutočniť elektrolýzu a získať požadované množstvo energia vyžadovala veľa elektriny, čo spôsobilo, že tento druh paliva bol nerentabilný. Nakoniec to v kombinácii s výbušnosťou ukončilo výskum.

Návrat k vodíku nastal koncom 50. rokov. minulé storočie: palivový článok bol inštalovaný na traktory v USA. O tri roky neskôr, v roku 1962, sa vodíkový motor objavil v malých golfových vozíkoch a o päť rokov neskôr v motocykloch. Vodík v spaľovacích motoroch (ICE) možno využiť dvoma spôsobmi: ako hybridný motor a ako palivový článok.

Hybridný vodíkový motor

Hybridný vodíkový motor sa používa ako prísada do spaľovacích motorov na benzín alebo plyn. Pri použití vodíka sa horľavosť paliva zlepšuje, ale v dôsledku vysoký stupeň prchavosť plynu zvyšuje riziko vznietenia. Ale napriek tejto nevýhode sa znižuje korózia kovov a vibrácie. Na použitie vodíka nie je potrebné inštalovať ďalší palivová nádrž, vodík sa vyrába z destilovanej vody. Pri použití vodíka sa vzdialenosť, ktorú možno prejsť, zvýši o 30 percent. Bezpečné používanie plyn možný s nízke teploty do -30⁰С a pri relatívne vysokých teplotách až do +30⁰С.

Palivový článok

Motory s palivovými článkami vyrábajú svoju vlastnú elektrinu štiepením vodíka na negatívne elektróny a pozitívne protóny. Použitie takýchto motorov je výhodné pri veľkých objemoch, preto sa najčastejšie používajú v ťažkých nákladných autách. Zapnuté tento moment testovanie v Dánsku, USA a Japonsku vlakov, ktoré fungujú na motoroch s palivovými článkami. Toto je sľubná cesta pre rozvoj alternatívnych palív, pretože spotreba vodíka menšia spotreba benzín na jednotku vzdialenosti.

Ďalším smerom vývoja takýchto motorov je letectvo. Lietadlo TU-154 využívalo práve takýto palivový článok, samozrejme, po rozpade ZSSR bol všetok vývoj v tomto smere zmrazený. Napriek tomu vedci z Európskej únie a Číny pracujú na projekte osobného lietadla, ktoré bude jazdiť na vodík. Aby motor fungoval, musí takéto lietadlo vyvinúť hyperrýchlosť, čo bude možné len vtedy, ak existuje prídavný motor. Výhody spaľovacích motorov na vodík súvisia s jeho vplyvom na životné prostredie a vysokou účinnosťou.

Vysoká úroveň šetrnosti k životnému prostrediu

Samozrejme je prítomný nízky stupeň kontaminácie, ale kvôli prítomnosti oleja v mechanizme auta. Dokonca aj pri pridaní vodíka do konvenčného paliva sa výkon zvýši o 20 %. S 5 kg vodíkového paliva prejde auto až 500 km. Vedci považujú vodík za jediný obnoviteľný zdroj energie.

Napriek jeho nepopierateľným výhodám je dnes oveľa viac nevýhod, ktoré súvisia najmä s konštrukciou motora:

• Prchavosť vodíka. Do auta so spaľovacím motorom je možné natankovať vodík len na čerpacej stanici. Z iného auta ani z kanistra na ceste nenatankujete.
• Nebezpečenstvo výbuchu a požiaru. Každý pozná katastrofu vzducholode Hindenburg, ktorá sa za letu vznietila z jednej iskry: z 97 ľudí na palube zahynula tretina.
• Vysoké náklady na palivové články a vodíkový motor, čo zase zvyšuje cenu auta. Analóg s vodíkovým motorom stojí dvakrát toľko. Údržba auta poháňaného vodíkovým motorom je 100-krát drahšia ako u bežného motora.
• Vodíkový motor zaberá veľa miesta. V nákladných autách a autobusoch to nevytvára žiadne nepríjemnosti, ale v osobné autá Objem batožinového priestoru je zmenšený.

Vodíkový motor nie je sci-fi. Napríklad Honda, Toyota a Hyndai zriadili výrobnú linku pre automobily s vodíkovými motormi a pevne obsadili trh: Toyota Mirai(2015), Honda FCX Clarity (2008), Hyundai ix35 Palivový článok. V polovici decembra minulého Audi roka oznámila svoje rozhodnutie o prepustení nový koncept na vodíku – Q6 H-Tron.

Napriek všetkým svojim nedostatkom je vodík jediným obnoviteľným a neobmedzeným zdrojom na planéte. Aby sa autá s takýmto spaľovacím motorom rozšírili, vedci a vývojári sa budú musieť rozhodnúť, ako eliminovať negatívne vlastnosti a znížiť náklady na mechanizmus, a štáty budú musieť vybudovať infraštruktúru, aby autá na vodíkový pohon už neboli byť na cestách vzácnosťou.

Moderný automobilový priemysel sa rozvíja s dôrazom na výrobu šetrnejšiu k životnému prostrediu Vozidlo. Môže za to celosvetový boj o čistotu. atmosférický vzduch znížením emisií oxidu uhličitého. Neustály rast cien benzínu núti výrobcov hľadať aj iné zdroje energie. Mnohé popredné automobilové koncerny postupne smerujú k tomu sériová výroba autá na alternatívne palivá, čo vo veľmi blízkej budúcnosti povedie k objaveniu sa na cestách sveta dostatočné množstvo nielen elektromobily, ale aj autá s motormi poháňanými vodíkovým palivom.

Ako fungujú vodíkové autá

Automobil na vodík je navrhnutý tak, aby znižoval atmosférické emisie oxidu uhličitého, ako aj iných škodlivých nečistôt. Použitie vodíka na pohon kolesového vozidla je možné dvoma rôznymi spôsobmi:

• použitie vodíkového spaľovacieho motora (HICE);
• inštalácia napájania elektrická jednotka, poháňaný vodíkovými prvkami (HE).

Kým sme zvyknutí tankovať benzín resp motorová nafta vaše auto, nový zázrak - beží na najbežnejšom prvku vo vesmíre - vodíku

Vzdušné spaľovacie motory sú analógom dnes široko používaných motorov, ktorých palivom je propán. Práve tento model motora je najjednoduchšie prekonfigurovať na vodíkový pohon. Princíp činnosti je rovnaký ako pri benzínovom motore, do spaľovacej komory sa namiesto benzínu dostáva len skvapalnený vodík. Auto s obnoviteľným zdrojom energie je v skutočnosti elektromobil. Vodík tu pôsobí len ako surovina na výrobu elektriny potrebnej na pohon elektromotora.

Vodíkový prvok sa skladá z nasledujúcich častí:

• kryty;
• membrána, ktorá prepúšťa iba protóny - rozdeľuje nádobu na dve časti: anódu a katódu;
• anóda potiahnutá katalyzátorom (paládium alebo platina);
• katóda s rovnakým katalyzátorom.

Princíp činnosti VE je založený na fyzikálnej a chemickej reakcii pozostávajúcej z:

Pri pohybe auta sa teda neuvoľňuje oxid uhličitý, ale iba vodná para, elektrina a oxidy dusíka.

Hlavné charakteristiky vodíkových áut

Hlavní hráči na automobilovom trhu už majú prototypy svojich produktov, ktoré využívajú vodík ako palivo. Už je možné jednoznačne identifikovať jednotlivé technické vlastnosti takýchto strojov:

• maximálna rýchlosť do 140 km/h;
• priemerný počet najazdených kilometrov na jedno natankovanie je 300 km (niektorí výrobcovia, napríklad Toyota alebo Honda, uvádzajú dvojnásobok tohto čísla - 650 alebo 700 km, iba na vodík);
• čas zrýchlenia na 100 km/h z nuly – 9 sekúnd;
• moc elektráreň až 153 koní.

Toto auto dokáže zrýchliť na 179 km/h a na 100 km/h auto zrýchli za 9,6 sekundy a čo je najdôležitejšie, dokáže prejsť 482 km bez dodatočného tankovania.

Celkom dobré parametre aj na benzínové motory. Zatiaľ nedošlo k posunu smerom k vzduchovým spaľovacím motorom využívajúcim skvapalnený vodík alebo vozidlá na obnoviteľnú energiu a nie je jasné, ktorý z týchto typov motorov dosiahne najlepšie technické vlastnosti a ekonomické ukazovatele. No dnes už bolo vyrobených viac modelov elektricky poháňaných strojov poháňaných obnoviteľnými zdrojmi energie, ktoré poskytujú vyššiu efektivitu. Aj keď spotreba vodíka na výrobu 1 kW energie je v spaľovacom motore menšia.

Okrem toho dodatočná montáž spaľovacieho motora na vodík na zvýšenie účinnosti vyžaduje zmenu zapaľovacieho systému zariadenia. Problém rýchleho horenia piestov a ventilov v dôsledku viac vysoká teplota spaľovanie vodíka. Tu sa rozhodne o všetkom ďalší vývoj obe technológie, ako aj dynamiku cien pri prechode na sériovú výrobu.

Výhody a nevýhody áut na vodík

Medzi hlavné výhody vodíkových vozidiel patria:

• vysoká šetrnosť k životnému prostrediu, spočívajúca v absencii väčšiny škodlivé látky vo výfukových plynoch charakteristických pre prevádzku benzínového motora - oxid uhličitý a oxid uhoľnatý, oxidy a oxidy síry, aldehydy, aromatické uhľovodíky;
• viac vysoká účinnosť v porovnaní s benzínovými autami;

Vo všeobecnosti má auto ambície dobyť celý svet

• nižšia hladina hluku z prevádzky motora;
• nedostatok zložitých, nespoľahlivých systémov dodávky paliva a chladenia;
• možnosť použitia dvoch druhov paliva.

Okrem toho autá poháňané vzduchom nasávaným motorom majú nižšiu hmotnosť a väčší užitočný objem, a to aj napriek potrebe inštalovať palivové valce.

Nevýhody vodíkových vozidiel zahŕňajú:

• objemnosť elektrárne pri použití palivových článkov, čo znižuje manévrovateľnosť vozidla;
• vysoká cena samotných vodíkových prvkov v dôsledku paládia alebo platiny, ktoré obsahujú;
• nedokonalý dizajn a neistota v materiáli použitom na výrobu vodíkových palivových nádrží;
• nedostatok technológie skladovania vodíka;
• nedostatok vodíkových čerpacích staníc, ktorých infraštruktúra je na celom svete veľmi slabo rozvinutá.

S prechodom na sériovú výrobu áut vybavených vodíkovými elektrárňami sa však väčšina týchto nedostatkov určite odstráni.

Ktoré autá na vodíkový pohon sa už vyrábajú?

Výroba strojov pri vodíkové palivo popredné svetové automobilové spoločnosti ako BMW, Mazda, Mercedes, Honda, MAN a Toyota, Daimler AG a General Motors. Medzi experimentálnymi modelmi, a niektorí výrobcovia už majú aj malosériové, sú autá, ktoré fungujú len na vodík, prípadne s možnosťou využitia dvoch druhov paliva, takzvané hybridy.

Nasledujúce modely vodíkových vozidiel sa už vyrábajú:

• Ford Focus FCV;
• Mazda RX-8 vodík;
• Mercedes-Benz triedy A;
• Honda FCX;
• Toyota Mirai;
• Autobusy MUŽ Lev mestský autobus a Ford E-450;
• hybridné auto dvojpalivové BMW vodík 7.

Dnes môžeme s určitosťou povedať, že napriek existujúcim ťažkostiam (nové veci si vždy hľadajú cestu s ťažkosťami), budúcnosť patrí viac autá šetrné k životnému prostrediu. Autá jazdiace na vodíkové palivo budú zodpovedať za dôstojná súťaž elektrické vozidlá.

Prvým vývojárom, ktorý širokej verejnosti predstavil vodíkový motor pre automobil, bol koncern Toyota. V roku 1997 predstavili SUV FCHV, ktoré v Rusku nikdy nebolo uvedené na trh.

Vodíkový motor by mohol byť dobrou alternatívou k benzínu

V súčasnosti vykonávajú výskum iné spoločnosti, vrátane:

• Motor Honda,
• Volkswagen
• General Motors,
• Daimler AG,
• Ford Motor,
• BMW a pod.

Ako funguje vodíkový motor?

Autá na vodíkový pohon možno rozdeliť do troch skupín:

• auto s dvoma nosičmi energie s vysoko úsporným motorom, ktorý môže jazdiť na čistý vodík aj na jeho zmes. Účinnosť takéhoto motora je 90 - 95%, zatiaľ čo dieselový motor je 50% a benzínový motor je 35%. Takéto autá spĺňajú normu Euro-4;
• vodíkové auto so vstavaným elektromotorom, ktorý poháňa hlavný palivový článok nainštalovaný na palube. V súčasnosti sa vyrábajú autá s účinnosťou nad 75 %;
• konvenčné autá jazdiace na zmes alebo čistý vodík. Výfuk je oveľa čistejší a účinnosť sa zvýši asi o 20%.

Ako funguje vodíkový motor? Podľa princípu fungovania existujú 2 typy elektrární:

• vodíkové spaľovacie motory. Používa sa rotačný motor;
• elektrárne založené na vodíkových palivových článkoch - princíp ich fungovania je založený na chemickej reakcii. Telo bunky má membránu, ktorá vedie len protóny a oddeľuje komory s elektródami – anódou a katódou. Vodík sa privádza do anódovej komory, kyslík sa privádza do katódovej komory. Elektródy sú potiahnuté vrstvou katalyzátora, napríklad platiny. Molekulárny vodík stráca elektróny pod vplyvom katalyzátora. Protóny sú vedené cez membránu ku katóde pod vplyvom katalyzátora, voda vzniká ako výsledok spojenia s elektrónmi. Z anódovej komory vchádzajú elektróny elektrický obvod ktorá je spojená. To generuje prúd na napájanie motora.

Výhody vodíkového motora:

• Produktom spaľovania vodíka je voda. To znamená, že ide o najekologickejšie palivo;
• výkon, odozva plynu a ďalšie ukazovatele motora sú vyššie ako štandardné - elektrina ich poskytuje v plnej miere;
• nízka hladina hluku;
• jednoduchosť údržby - nie je potrebný žiadny zložitý prenos a je tu menej trecích častí;
• nízke náklady;
• nižšia spotreba paliva a vysoká rýchlosťčerpacie stanice;
• vyššia výkonová rezerva;
• Vodík má veľký potenciál ako alternatívne palivo, keďže ho možno vyrábať z rôznych zdrojov, vrátane solárna energia alebo vietor;
• Hlavná surovina – voda – je zadarmo.

Nevýhody vodíkového motora:

• Použitie palivových článkov v normálny motor kvôli jeho konštrukcii hrozí nebezpečenstvo požiaru alebo výbuchu.
• Ich cena je tiež veľmi vysoká.
• Hmotnosť auta sa zvyšuje v dôsledku použitia prúdových meničov a výkonných batérií.
• Proces získavania vodíka z vody tiež nie je lacný, rovnako ako preprava nového paliva.
• Predpovedajú sa aj environmentálne problémy – zvýšenie množstva vodíka v atmosfére by mohlo mať škodlivý vplyv na ozónovú vrstvu Zeme.
• – aj škodlivé pre životné prostredie proces.
• Jedným z problémov vodíkových vozidiel sú vysoké náklady na platinu potrebnú na chemickú reakciu v motore.
• Nedostatok vodíka čerpacie stanice robí vodíkové autá nekonkurencieschopnými v porovnaní s konvenčnými autami.
• Otázka skladovania nie je vyriešená. Dnes sa navrhuje skladovať ho v skvapalnenej forme alebo pod vysoký tlak, ale výskum pokračuje.

Vodíkové palivové články

IN rôzne roky vodíkové palivové články boli použité:

• pre traktory,
• lokomotívy,
• ponorky,
• vrtuľníky,
• v golfovom kočíku,
• na motorke.

Autá a autobusy poháňané vodíkom využívajú bunky s protónovou výmennou membránou (PEM) a sú kompaktné a ľahké.

Vodíkové auto

• Toyota, ktorá krotila vodík, Fuel Cell Sedan, prináša pohodlie a priestrannosť štandardného modelu. Pre zväčšenie priestoru v kabíne a kufri sú v podlahe auta umiestnené nádrže na stlačený vodík. Auto je určené pre piatich pasažierov, cena bude 67 500 dolárov.
• Vesmírne technológie v každodennom živote. BMW Hydrogen 7 už v praxi preukázalo svoje schopnosti, približne sto autá BMW Hydrogen 7 testovali významné osobnosti kultúry, politiky, biznisu a médií. Skúsenosti z testovania v reálnom svete ukázali, že prechod na vodík je plne kompatibilný s komfortom, dynamikou a bezpečnosťou, ktoré by ste od BMW očakávali. Auto je možné prepínať z jedného druhu paliva na druhý. Maximálna rýchlosť 229 km/h.
• Elektrocentrála Honda FCX Clarity. Podľa vývojárov sa dá napojiť na transformátor a napájať elektrinou všetky domáce spotrebiče. Vodíkové nádrže sú umiestnené pod zadné sedadlá, a potom úplné natankovanie Bude mať dostatok paliva na 500 km. Cena od 62 807 dolárov.
• Časť autobusy MAN beží na vodík.

Vodíkové motory budúcnosti

• General Motors (GM) a Honda Motor začali novú spoluprácu v automobilovom sektore. Obe spoločnosti plánujú v priebehu nasledujúcich siedmich rokov spoločne vyvíjať vodíkové palivové články. Výmena know-how prispeje k zníženiu technologických nákladov a ako hlavný cieľ si kladie za cieľ reagovať na zvyšujúci sa objem globálnych požiadaviek na znižovanie emisií, norma Euro 4 má prísny rámec.
• Elektráreň auta môže slúžiť aj ako elektráreň pre domácnosť, ktorá jej dodá energiu na 5 dní.
• Každý výrobca v čoskoro počíta s predajom minimálne tisícky ekologických áut ročne, predpokladaná cena je 97 000 dolárov.
• Do roku 2050 bude vodík ako zdroj paliva pokrývať tretinu výroby energie.

Ale Elon Musk (šéf SpaceX a Tesla) je mimoriadne kritický voči novému palivu, vzhľadom na jeho vytvorenie marketingový trik. Musk povedal, že táto technológia nevyrieši skutočné dopravné problémy a že lítium-iónové batérie majú hustotu skladovania energie, ktorá prevyšuje všetky vodíkové technológie. Co si myslis?

Toyota Mirai, vodíkom poháňaná alternatíva k elektromobilom, ktoré dobývajú trh, úspešne dokončila svoju poslednú „tajnú“ fázu cestných testov. Len na druhý deň predstavitelia spoločnosti oznámili, že sú pripravení uviesť auto do výroby.

Vďaka úsiliu Japonskí výrobcovia autá sa v dohľadnej dobe môžu vodíkové autá stať bežným javom na cestách vo väčšine rozdielne krajiny. Takže hybridné auto poháňané vodíkom Motor Toyota Mirai je pripravený vstúpiť na svetový trh už dnes.

Prvýkrát, zatiaľ Koncepčný model, Toyota Mirai bola predstavená v roku 2013 o Autosalón v Tokiu. Neskôr sa auto ukázalo verejnosti v upravenej podobe v rokoch 2014 a 2015. Očakávalo sa, že auto vyjde na cesty pred koncom roka 2015, neskôr sa však termín posunul na rok 2016. Zároveň Predpredaj autá začali v roku 2014 v Japonsku. Jedna Toyota Mirai stojí približne 57-tisíc amerických dolárov. V USA a európskych krajinách sa Toyota Mirai začne predávať po oficiálnom vydaní.

Vodíkové auto má karosériu sedan so štyrmi sedadlami. Dĺžka tela – 4 870 mm, šírka – 1 810 mm, výška – 1 535 mm. Použitý model je ZBA-JPD10-CEDSS. Stroj iba používa predny nahon. Polomer otáčania je 5,7 metra a rozmer pneumatík je 215/55. Základné použitie pri zostavovaní zliatinové kolesá R17. Svetlá výška– 130 mm. K dnešnému dňu je to všetko, čo je oficiálne známe o technickom komponente Toyota Mirai.

Oznámené boli aj parametre elektrocentrály auta. Auto bude poháňané vďaka FCA110, ktorý bude poháňaný palivovými článkami FC stack. Motor vyrába elektrinu v dôsledku chemickej reakcie vodíka a kyslíka, ktorá sa v ňom vyskytuje. Maximálna účinnosť je 83%, pre porovnanie 1,3-litr Plynový motor dáva len 38 %. Maximálny výkon Elektromotor bude produkovať 153 koní.

žiadne škodlivé emisie Toyota Mirai netvorí, z motora auta vychádza iba čistá energia a voda. Na 4 km auto vypustí do atmosféry 240 mililitrov vody.

Oveľa dôležitejšie a zaujímavejšie je, že 10. februára 2016 sa skončilo posledné 107-dňové testovanie Toyoty Mirai. Auto jazdilo po cestách Japonska, USA, Nemecka a mnohých ďalších krajín. Celkovo autá najazdili 100-tisíc kilometrov. Počas tejto doby auto dvakrát menilo pneumatiky a raz doštičky. Palivové články vodíkové auto ukázali svoju najlepšiu stránku.

Stojí za zmienku, že značka Toyota zadaný .