Как работает водородный двигатель: Водородный транспорт — Википедия – Водородный двигатель; устройство, принцип работы, перспективы

начало большого пути / Toshiba corporate blog / Habr

Ранее мы рассказывали про то, каким экологичным видом транспорта являются электробусы. Однако не упомянули один важный момент: c ростом числа электротранспорта городам потребуется больше электричества, которое зачастую получают экологически небезопасными способами. К счастью, сегодня мир научился получать энергию при помощи ветра, солнца и даже водорода. Новый материал мы решили посвятить последнему из источников и рассказать об особенностях водородной энергетики.

На первый взгляд, водород — идеальное топливо. Во-первых, он является самым распространенным элементом во Вселенной, во-вторых, при его сгорании высвобождается большое количество энергии и образуется вода без выделения каких-либо вредных газов. Преимущества водородной энергетики человечество осознало уже давно, однако применять ее в больших промышленных масштабах пока не спешит.

Водородные топливные элементы

Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах XIX века. Гроув пытался осадить медь из водного раствора сульфата меди на железную поверхность и заметил, что под действием электрического тока вода распадается на водород и кислород. После этого открытия Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита.

Позже, в 1959 году, Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовалось правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов.

Водородный топливный элемент из сервисного модуля «Аполлонов», вырабатывающий электричество, тепло и воду для астронавтов. Источник: James Humphreys / Wikimedia Commons

Сейчас топливный элемент на водороде напоминает традиционный гальванический элемент с одной лишь разницей: вещество для реакции не хранится в элементе, а постоянно поставляется извне. Просачиваясь через пористый анод, водород теряет электроны, которые уходят в электрическую цепь, а сквозь мембрану проходят катионы водорода. Далее на катоде кислород ловит протон и внешний электрон, в результате чего образуется вода.

Принцип работы водородного топливного элемента. Источник: Geek.com

С одной топливной ячейки снимается напряжение порядка 0,7 В, поэтому ячейки объединяют в массивные топливные элементы с приемлемым выходным напряжением и током. Теоретическое напряжение с водородного элемента может достигать 1,23 В, но часть энергии уходит в тепло.

С точки зрения «зеленой» энергетики у водородных топливных элементов крайне высокий КПД — 60%. Для сравнения: КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 35-40%. Для солнечных электростанций коэффициент составляет всего 15-20%, но сильно зависит от погодных условий. КПД лучших крыльчатых ветряных электростанций доходит до 40%, что сравнимо с парогенераторами, но ветряки также требуют подходящих погодных условий и дорогого обслуживания.

Как мы видим, по этому параметру водородная энергетика является наиболее привлекательным источником энергии, но все же существует ряд проблем, мешающих ее массовому применению. Самая главная из них — процесс добычи водорода.

Проблемы добычи

Водородная энергетика экологична, но не автономна. Для работы топливному элементу нужен водород, который не встречается на Земле в чистом виде. Водород нужно получать, но все существующие сейчас способы либо очень затратны, либо малоэффективны.

Самым эффективным с точки зрения объёма полученного водорода на единицу затраченной энергии считается метод паровой конверсии природного газа. Метан соединяют с водяным паром при давлении 2 МПа (около 19 атмосфер, т. е. давление на глубине около 190 м) и температуре около 800 градусов, в результате чего получается конвертированный газ с содержанием водорода 55-75%. Для паровой конверсии необходимы огромные установки, которые могут быть применимы лишь на производстве.

Трубчатая печь для паровой конверсии метана — не самый эргономичный способ добычи водорода. Источник: ЦТК-Евро

Более удобный и простой метод — электролиз воды. При прохождении электрического тока через обрабатываемую воду происходит серия электрохимических реакций, в результате которых образуется водород. Существенный недостаток этого способа — большие энергозатраты, необходимые для проведения реакции. То есть получается несколько странная ситуация: для получения водородной энергии нужна… энергия. Во избежание возникновения при электролизе ненужных затрат и сохранения ценных ресурсов некоторые компании стремятся разработать системы полного цикла «электричество — водород— электричество», в которых получение энергии становится возможным без внешней подпитки. Примером такой системы является разработка Toshiba h3One.   

Мобильная электростанция Toshiba h3One

Мы разработали мобильную мини-электростанцию h3One, преобразующую воду в водород, а водород в энергию. Для поддержания электролиза в ней используются солнечные батареи, а излишки энергии накапливаются в аккумуляторах и обеспечивают работу системы в отсутствие солнечного света. Полученный водород либо напрямую подается на топливные ячейки, либо отправляется на хранение во встроенный бак. За час электролизер h3One генерирует до 2 м

3 водорода, а на выходе обеспечивает мощность до 55 кВт. Для производства 1 м³ водорода станции требуется до 2,5 м³ воды.

Пока станция h3One не способна обеспечить электричеством крупное предприятие или целый город, но для функционирования небольших районов или организаций ее энергии будет вполне достаточно. Благодаря своей мобильности она может использоваться также как и временное решение в условиях стихийных бедствий или экстренного отключения электричества. К тому же, в отличие от дизельного генератора, которому для нормального функционирования необходимо топливо, водородной электростанции достаточно лишь воды.   

Сейчас Toshiba h3One используется лишь в нескольких городах в Японии — к примеру, она снабжает электричеством и горячей водой железнодорожную станцию в городе Кавасаки.

Монтаж системы h3One в городе Кавасаки

Водородное будущее

Сейчас водородные топливные элементы обеспечивают энергией и портативные пауэр-банки, и городские автобусы с автомобилями, и железнодорожный транспорт (более подробно об использовании водорода в автоиндустрии мы расскажем в нашем следующем посте). Водородные топливные элементы неожиданно оказались отличным решением для квадрокоптеров — при аналогичной с аккумулятором массе запас водорода обеспечивает до пяти раз большее время полета. При этом мороз никак не влияет на эффективность. Экспериментальные дроны на топливных элементах производства российской компании AT Energy применялись для съемок на Олимпиаде в Сочи.

Стало известно, что на грядущих Олимпийских играх в Токио водород будет использоваться в автомобилях, при производстве электричества и тепла, а также станет главным источником энергии для олимпийской деревни. Для этого по заказу Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. в японском городе Намиэ строится одна из крупнейших в мире станций по производству водорода. Станция будет потреблять до 10 МВт энергии, полученной из «зеленых» источников, генерируя электролизом до 900 тонн водорода в год.

Водородная энергетика — это наш «запас на будущее», когда от ископаемого топлива придется окончательно отказаться, а возобновляемые источники энергии не смогут покрывать нужды человечества. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд. Но в ближайшем будущем массовое внедрение технологии вряд ли произойдет, необходимо еще решить ряд проблем, связанных с производством и эксплуатацией специальных энергоустановок, снизить их стоимость. Когда технологические барьеры будут преодолены, водородная энергетика выйдет на новый уровень и, возможно, будет так же распространена, как сегодня традиционная или гидроэнергетика.

Автомобиль на воде — Википедия

Автомобиль на воде — гипотетический автомобиль, получающий энергию для движения из одной только воды. Водяные автомобили стали предметом множества международных патентов, статей в газетах и научно-популярных журналах, местных теленовостей и интернет-публикаций. Заявления о подобных устройствах признаны некорректными, а некоторые оказались попытками мошенничества^[1][2][3][4]. Утверждается, что эти машины могут вырабатывать топливо из возимого запаса воды без всяких других источников энергии или являются гибридами, способными использовать энергию как воды, так и обычного топлива.

В этой статье внимание уделяется машинам, относительно которых утверждается, что они могут извлекать потенциальную химическую энергию непосредственно из воды. Вода является полностью окисленным водородом. Водород − высокоэнергетическое горючее, однако эта энергия выделяется в процессе образования воды, и сама по себе вода топливом быть не может. Вода может быть разделена на водород и кислород, например, в процессе электролиза, но на разрыв межатомных связей нужно затратить столько же энергии, сколько высвободилось при их образовании. В реальности же в процессе электролиза, а затем сжигания водорода невозможно избежать тепловых потерь, сопровождающих любые преобразования энергии. Таким образом, получение из воды химической энергии в избытке или хотя бы в количестве, достаточном для автономного поддержания процесса, противоречит первому и/или второму началам термодинамики

[5]^[6][7].

Какие автомобили НЕ являются «водяными»[править | править код]

К «водяным автомобилям» не относятся следующие технические решения:

• Паровой автомобиль.
• Впрыск воды как метод охлаждения цилиндров двигателей путём добавления воды в топливно-воздушную смесь, служащий для увеличения степени сжатия и предотвращения детонации.
• Водородный автомобиль, хотя он часто содержит некоторые сходные элементы. Чтобы заправить водородный автомобиль, воду подвергают электролизу. Получившийся водород затем сгорает в двигателе или окисляется до воды в топливном элементе. В итоге машина получает энергию от сгорания водорода, который получают за счет энергии из электросети. Водород служит энергоносителем (англ.).
• Добавление воды к традиционному углеводородному топливу с целью его экономии и/или уменьшения выбросов. Хотя это и является самым распространенным способом использования воды в автомобилях.

В соответствии с фундаментальными физическими законами, нет способа извлекать химическую энергию из воды. У воды отрицательная энтальпия образования, следовательно, для разделения её на элементы требуется затратить энергию. Не существует соединений кислорода и водорода с большей негативной энтальпией образования, за счёт которой мог бы быть получен избыток энергии^[6].

Большинство из предлагаемых конструкций «водяных автомобилей» основаны на той или иной форме электролитического разделения воды на водород и кислород и последующей их рекомбинации с выделением энергии. Однако, поскольку необходимая для электролиза энергия, в конечном счёте, всегда оказывается большей, чем может дать образовавшийся водород, такая схема не может быть использована для получения избыточной энергии. Подобное устройство противоречит первому началу термодинамики, следовательно, относится к вечным двигателям первого рода.

Заявления о действующих «водяных автомобилях»[править | править код]

Электролитический карбюратор Гаррета[править | править код]

В сентябре 1935 г. Чарльз Гаррет (Charles H. Garrett), как сообщала Dallas Morning News^[8], будто бы продемонстрировал «в течение нескольких минут» работу «водяного автомобиля». Как можно увидеть из патента Гаррета, оформленного в том же году^[9], для генерации водорода применялся электролиз. Патент включает чертёж, изображающий карбюратор, похожий на обычный поплавковый, но на нижней части размещались электроды, а поплавок служил для поддержания уровня воды. В патенте Гаррета отсутствует определение нового источника энергии.

Водная ячейка Стэнли Мейера[править | править код]

Уже по крайней мере с 1980 г. Стэнли Мейер заявлял, что построил багги, который ездит на воде вместо бензина^[10], хотя давал противоречивые объяснения относительно режима его работы. В некоторых случаях он утверждал, что заменил свечи зажигания «водными сплиттерами», в других — что использует «топливную ячейку», разделяющую воду на водород и кислород^[11]. В этой «топливной ячейке», по утверждению автора, за счёт электрического резонанса (англ.) из воды получался гремучий газ, который сгорал в обычном двигателе внутреннего сгорания для получения чистой энергии. Заявления Мейера не получили независимого подтверждения, и суд штата Огайо признал его виновным в «наглом мошенничестве»^[1].

Мейер умер от аневризмы в 1998 г., однако сторонники теории заговора (англ.) продолжают утверждать, что он был отравлен.

Дэннис Клейн[править | править код]

В 2002 г. фирма Hydrogen Technology Applications запатентовала конструкцию электролизёра и сделала своей торговой маркой термин «Аквиген» («Aquygen»), обозначающий газовую смесь водорода и кислорода, производимую этим устройством^[12]. Изначально разработанный как альтернатива ацетиленовой сварке, по заявлениям компании аппарат способен обеспечивать автомобиль топливом исключительно за счёт воды, производя «Аквиген». Для объяснения своих результатов они привлекали понятие «магнегаза» — неизвестного науке состояния материи, основываясь на маргинальной теории магнекул Ругеро Сантили (англ.)^[13]. Основатель компании Дэннис Клейн утверждал, что ведёт переговоры с крупнейшими американскими производителями автомобилей и что правительство США хочет выпускать «Хаммеры» с использованием его технологии^[14].

В настоящее время компания больше не утверждает, что может обеспечить работу автомобиля только за счёт воды. Вместо этого она продаёт установки по производству «Аквигена» как устройства для увеличения топливной эффективности^[15].

Genesis World Energy (GWE)[править | править код]

В 2002 г. Genesis World Energy анонсировала готовое к продвижению на рынок устройство, которое извлекало бы энергию из воды путём её разложения на водород и кислород^[16]. В 2003 г. компания объявила, что технология адаптирована для применения в автомобилях^[17]. Компания собрала более 2,5 млн долларов инвестиций, но ни одно устройство на рынок так и не поступило. В 2006 г. Патрик Келли, собственник GWE, был приговорён в Нью-Джерси к пяти годам тюрьмы за кражу и выплате возмещений в размере 400 тыс. долларов^[2].

Genepax Water Energy System[править | править код]

В июне 2008 г. японская компания Genepax представила автомобиль, который, по их заявлениям, ездит только на воде и воздухе^[18], и во многих выпусках новостей машину окрестили «водяным автомобилем»^[19]. Компания заявила, что пока «не может разглашать ключевых деталей изобретения»^[20], однако раскрыла, что система использует бортовой генератор энергии («сборку мембранных электродов») для получения водорода по «механизму, похожему на метод, при котором водород образуется в реакции гидрида металла с водой»^[21]. Водород затем используется как источник энергии для автомобиля. Это привело к предположению, что в процессе потребляется гидрид металла, который и является изначальным источником энергии, и речь идёт скорее о машине на водородном топливе, чем о «водяном автомобиле»^[22][23]. На сайте компании объяснения относительно источника энергии ограничивались словами «химическая реакция». Журнал «Популярная механика» описывает заявления компании Genepax как «вздор»^[5]. Машина, продемонстрированная прессе в 2008 г., оказалась электромобилем REVA, производимым в Индии и продаваемым в Великобритании под названием G-Wiz.

В начале 2009 г. компания Genepax объявила о закрытии сайта, ссылаясь на большие затраты на разработку^[24].

Тушара Приямал Эдиризинге[править | править код]

Также в 2008 г. новостные источники Шри-Ланки сообщили о некоем Тушара Приямал Эдиризинге (Thushara Priyamal Edirisinghe), заявлявшем, что проехал около 300 км на «водяном автомобиле», потратив 3 литра воды^[4][25]. Как и в других существующих «водяных автомобилях», вода должна была разлагаться на водород и кислород путём электролиза, а полученные газы сжигаться в двигателе. Тушара продемонстрировал свою технологию премьер-министру Ратнасири Викреманаяке, который «пообещал всемерную правительственную поддержку его усилий по продвижению водяного автомобиля на рынок Шри-Ланки^[25]».

Несколько месяцев спустя Тушара был арестован по обвинению в мошенничестве^[4].

Дэниэл Дингел[править | править код]

Дэниэл Дингел (англ.), филиппинский изобретатель, с 1969 г. заявлял, что разработал технологию, позволяющую использовать воду в качестве топлива. В 2000 г. Дингел стал бизнес-партнёром компании Formosa Plastics Group (англ.) с целью дальнейшего развития технологии. В 2008 компания подала на изобретателя иск за мошенничество, и 82-летний Дингел был приговорён к 20 годам тюрьмы^[3].

Др. Гулам Сарвар[править | править код]

В декабре 2011 пакистанский доктор Гулам Сарвар (Ghulam Sarwar) заявил, что создаёт автомобиль, работающий на воде^[26]. По утверждению изобретателя, машина потребляет 60 % воды и 40 % дизельного топлива, но он упорно работает над тем, чтобы перейти на одну только воду, предполагая закончить работу к концу июня 2012 г. В дальнейшем он заявил, что автомобиль «выделяет кислород, а не углерод, как обычные машины»^[27].

Ага Вакар Ахмад[править | править код]

Гражданин Пакистана Ага Вакар Ахмад (Agha Waqar Ahmad) заявил в 2012 об изобретении «водяного устройства», пригодного для установки на все типы автомобилей^[28][29]. Устройство состоит из цилиндрического сосуда, содержащего воду, барботёры и трубки, ведущей к двигателю. Ахмад утверждал, что устройство использует электролиз для превращения воды в «HHO», который и используется как топливо. Для работы устройства необходима дистиллированная вода^[30]. По утверждению изобретателя, он добился гораздо большего выхода газа по сравнению с другими, ссылаясь на «скрытые вычисления»^[31]. Ахмад запатентовал свою конструкцию в Пакистане. Некоторые пакистанские учёные заявили, что его «изобретение» — не что иное, как мошенничество, поскольку противоречит второму началу термодинамики^[32][33].

Вдобавок к заявлениям об автомобилях, которые ездят на одной только воде, также существуют утверждения, что сжигание водорода или гремучего газа вместе с бензином или дизельным топливом повышает топливную эффективность. Действительно ли подобные системы позволяют уменьшить выбросы и/или обеспечить экономию топлива, является в настоящее время предметом споров^[34]. Получение водорода на борту требует большого расхода электроэнергии, которая, в конечном итоге, получается за счёт сжигания топлива в двигателе. Электролиз воды в данном случае — дополнительное преобразование энергии, то есть, источник дополнительных тепловых потерь, снижающих общий КПД^[35]. На многих отечественных и зарубежных сайтах предлагают устройства для получения кислородно-водородной смеси (часто называемый «HHO», «газ Брауна») на борту автомобиля, обещая при этом значительное увеличение топливной эффективности^[15][36][37]. По словам представителя Американской Автомобильной Ассоциации (англ.), «Все эти устройства, вероятно, выглядят работающими, но поверьте мне, это не так^[38]».

Утверждается, что технология GEET Paul Pantone^[39] может позволить создание двигателя на воде благодаря высокотемпературному разложению воды за счёт тепла выхлопных газов^[40]; технология не прошла никаких независимых тестов, а её создатель решением суда был отправлен в психиатрическую лечебницу^{[41][42][43][44]}.

«Бензиновые таблетки» и подобные им добавки[править | править код]

К мистификациям относительно «водяных автомобилей» близки заявления о добавках, часто в виде таблеток, превращающих воду в топливо, подобно тому, как в карбидной лампе высокоэнергетическая добавка (карбид кальция) в реакции с водой даёт горючий газ. По сообщению Mother Earth News (англ.), эти «бензиновые таблетки» будто бы были продемонстрированы в 1980 г. Но опять-таки вода сама по себе неспособна дать выход энергии, и топливом должны быть сами эти таблетки.

1. ↑ ^{1 2} Edwards, Tony (December 1, 1996). «End of road for car that ran on Water». The Sunday Times (Times Newspapers Limited). p. Features 12. Retrieved May 16, 2007.
2. ↑ ^{1 2} State of New Jersey Department of Law and Public Safety press release, November 9, 2006
3. ↑ ^{1 2} Lopez, Allison (December 20, 2008). «Inventor, 82, gets 20 years for ‘estafa’» Архивировано 26 декабря 2008 года.. Philippine Daily Inquirer. Retrieved January 12, 2009.
4. ↑ ^{1 2 3} «Sri Lanka — Water car story didn’t hold water». Daily Mirror (UK). October 16, 2008. Retrieved January 12, 2009
5. ↑ ^{1 2} Allen, Mike (July 3, 2008). «The Truth About Water-Powered Cars: Mechanic’s Diary». Retrieved July 10, 2008.
6. ↑ ^{1 2} Professor doubts water car claims. By Reuters.
7. ↑ GUIDELINES FOR USE OF HYDROGEN FUEL IN COMMERCIAL VEHICLES Final Report Архивировано 24 сентября 2008 года.. U.S. Department of Transportation. November 2007.
8. ↑ Garrett Water Carburetor — 01/12/98
9. ↑ US 2006676 Electrolytic carburetor — Charles H. Garrett
10. ↑ «The Car that Ran on Water», Columbus Dispatch, July 8, 2007
11. ↑ Waterfuelcell.org (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 26 марта 2013. Архивировано 21 января 2013 года.
12. ↑ EVWORLD FEATURE: Electric Cars and the Goldilocks Planet Архивная копия от 30 июля 2013 на Wayback Machine
13. ↑ J. M. Calo (November 3, 2006). «Comments on «A new gaseous and combustible form of water, « by R.M. Santilli (Int. J. Hydrogen Energy 2006: 31(9), 1113—1128)» Архивная копия от 1 августа 2013 на Wayback Machine. International Journal of Hydrogen Energy 32 (32): 1309—1312.
14. ↑ Goodbye Big Oil — Vive
15. ↑ ^{1 2} Hydrogen Technology Applications, Inc. — Products and Markets
16. ↑ Genesis World Energy Press release, December 5, 2002
17. ↑ Genesis World Energy press release, April 21, 2003
18. ↑ «New Fuel Cell System ‘Generates Electricity with Only Water, Air’». Nikkei Business Publications,Inc. June 13, 2008. Retrieved June 13, 2008.
19. ↑ «Water-fuel car unveiled in Japan». Reuters. June 13, 2008. Retrieved June 18, 2008.
20. ↑ Ghelfi, Carli (June 18, 2008). «Water-fueled car: too good to be true?» Архивировано 22 июня 2008 года.. Cleantech.com. Retrieved June 22, 2008.
21. ↑ «Japanese company creates eco-friendly car that uses water as fuel!». India Times. June 17, 2008. Retrieved June 18, 2008.
22. ↑ Genepax Water Car: Too Good to be True? Yeah : TreeHugger.
23. ↑ «Japanese Company Says Laws of Physics Don’t Apply — to Cars». Slashdot. June 14, 2008. Retrieved June 14, 2008.
24. ↑ No More Embarrassment for Thomson Reuters — Genepax Water Car is Dead. San Francisco Citizen.
25. ↑ ^{1 2} Business Intelligence Middle East: The water-powered car race heats up still further Архивная копия от 10 января 2013 на Wayback Machine
26. ↑ New Water Running Car Kit Launched by Dr Ghulam Sarwar Launch in Pakistan Архивировано 20 июля 2012 года.. The News Pakistan.
27. ↑ World’s First Water Car made by Pakistani PHD Dr. Ghulam Sarwar. 9To5Pakistan.
28. ↑ Car run on water, inventor Engineer Agha Waqar Ahmed from Pakistan
29. ↑ Govt assures support for «water for fuel» project. Pakistan News Service, 28 July, 2012
30. ↑ Capital Talk. 30 Jul 2012
31. ↑ Kyun — 17th July 2012. Awaz Television Network.
32. ↑ The water car scam. Prof Atta-ur-Rahman. Saturday, August 11, 2012. From Print Edition
33. ↑ ‘Water car’: Engineer sues doctor for ‘trying to undermine’ his invention. The Express Tribune, August 2nd, 2012.
34. ↑ Hydrogen generators get a test drive in the search for fuel economy and lower emissions. By Scott D.F. Reeves.
35. ↑ Обсуждение установки для получения газа Брауна на форуме ХиМиК.ru
36. ↑ Водородный генератор HHO M-Eco + Обычное топливо = Мощность + Экология = Экономия топлива от 20 до 45 %
37. ↑ ТОПЛИВО ИЗ ВОДЫ! Газ Брауна, экономия дизельного топлива
38. ↑ Spring, Tom (July 28, 2008). „Gas Crisis Fuels Dubious Online Offers“. PC World. Retrieved August 23, 2008.
39. ↑ GEET Paul Pantone технология
40. ↑ GEET-муффлеры (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 2 апреля 2013. Архивировано 14 апреля 2013 года.
41. ↑ Paul Pantone Defense program
42. ↑ SLweekly: The fuel injected lunatic Архивировано 17 сентября 2008 года.
43. ↑ Feu le moteur à eau (неопр.). Дата обращения 4 апреля 2013. Архивировано 19 апреля 2013 года.
44. ↑ December 12, 2005 Court Hearing

«Есть ли будущее у автомобилей, работающих на водороде?» – Яндекс.Знатоки

Машины, работающие на водороде, называют Fuel Cell Electric Vehicles или FCEV, на автомобильном рынке уже представлено несколько подобных решений. Конкретные коммерческие модели: Toyota Mirai и Honda FCX Clarity. Такая машина имеет так называемый топливный элемент (электрохимический генератор), являющийся своеобразной “батарейкой”, в которую поступает водород, после чего он окисляется и в результате на выходе мы имеем чистый водяной пар с нулевым содержанием углекислого газа. В остальном здесь все практически так же, как в обычном электромобиле, но в случае с водородной установкой используется куда более компактная батарея – емкость литий-ионного аккумулятора в водородных автомобилях в 10 раз меньше, поскольку он используется только для холодного старта и буферизации энергии, полученной при рекуперативном торможении.

По оценкам Hydrogen council (совет по водородным технологиям), к 2050 году мировой рынок водорода будет составлять порядка 18% от общего спроса на электроэнергию. При этом в транспортном секторе количество легковых автомобилей на водородном топливе составит 400 млн, 15-20 млн грузовых и 5 млн автобусов.

Китай планирует к 2030 году установить 1000 водородных заправочных станций, обслуживающих более 1 млн FCEV.

Так же активно инвестируют в водородную инфраструктуру Южная Корея, ведь всю страну можно пересечь на одном баке водорода.

В следующем году в Токио будет проходить олимпиада, японское правительство пообещало, что вся инфраструктура будет обслуживаться исключительно водородным топливом, уже переданы первые два автобуса на с топливным элементом на борту.

Несмотря на дешевизну ископаемого топлива, многие страны обделены природными ископаемыми, это вынуждает их отказаться от экспортного ископаемого топливо во благо энергетической безопасности страны, тот же водород можно получать дорогим способом электролиза воды — разложением воды на водород и кислород

Так же в мире появляется все больше компаний, которые внедряют водородные технологии в промышленность, и даже в некоторых случаях (Твердооксидные топливные элементы) создаются целые электрические станции, работающие на водородном топливе.

Водородный двигатель — принцип работы

Автор admin На чтение 2 мин. Опубликовано 03.11.2019

Всем известно, что запасы нефти на нашей планете ограничены. И вполне возможно, в недалеком будущем нас ждет дефицит нефти. Уже сегодня цена на бензин достаточно высока. Данный факт стимулирует развитие альтернативных источников топлива, и желательно возобновляемых. На эту роль отлично подходит водородный двигатель, топливом для которого служит водород. Еще в пятидесятые годы прошлого века появилась идея использовать водород, как эффективное, экологичное и недорогое топливо. Стоимость водорода колеблется в диапазоне 2-5$ за кг.
На сегодня разработки водородного двигателя достаточно перспективны, потому что позволяют не беспокоится о запасах нефти и других исчерпаемых ресурсов, применяемых в виде топлива. Еще существенный плюс водородного двигателя, это то, что он не наносит вреда окружающей среде, так как побочными продуктами его работы являются вода и тепло.

Принцип работы водородного двигателя

В зависимости от принципа работы, водородные двигатели можно подразделить на два типа:

1. Двигатель на основе топливных элементов.
   Водородные двигатели этого типа имеют очень большую стоимость по причине содержания в их конструкции таких дорогих и редких металлов, как палладий и платина. Принцип работы этой технологии, что в процессе физико-химических реакций в топливном элементе происходит расщепление водорода и вырабатывается электроэнергия.
2. Двигатель внутреннего сгорания на водороде.
   Двигатели этого типа сильно похожи на широко применяемые в данный момент двигатели на пропане. Так как у них очень похожие принципы работы, то для перехода с пропана на водород достаточно просто перенастроить двигатель. И уже существует достаточно большое количество научных образцов подобных двигателей на водороде. Но КПД этого метода ниже, чем у топливных элементов.

Еще не ясно, какой из этих двух вариантов водородных двигателей окажется наиболее экономически и технически перспективных, на основе топливных элементов или двигатель внутреннего сгорания на водороде, но время покажет, исследования в данной области не прекращаются.

Видео мотоцикла с водородным двигателем

Водородный двигатель автомобиля — как работает и основные недостатки

Авто компании разрабатывают новые виды двигателей для автомобилей будущего. Кто-то ставит ставку на электромоторы, а кто-то разрабатывает водородные двигатели. Рассмотрим водородный двигатель и его преимущества.

Как работает

Автомобиль на водородном топливе имеет так называемый топливный элемент или по-научному — электрохимический генератор. Это своего рода «вечная» батарейка, внутри которой идет реакция окисления водорода и на выходе получается чистый водяной пар, азот и электричество. Т.е. выхлоп такого водородного автомобиля экологический чистый, в нем содержание углекислого газа CO2 равняется нулю.

Автомобиль с топливными элементами, по сути электромобиль. Только с более компактной батареей: ёмкость литий-ионного аккумулятора в 10 раз меньше, чем обычного электромобиля. Здесь батарея нужна только в качестве буфера для хранения энергии, получаемой при рекуперативном торможении и для быстрого холодного старта.

Дело в том, что главный источник энергии — блок топливных элементов — выходит на рабочий режим не сразу. На первых прототипах водородных машин для этого требовалось около полутора часов. На современных — не более 2 минут, чтобы начать превращение водорода и воздуха в водяной пар, азот и электроэнергию. Но на прогрев до рабочей температуры, когда КПД установки достигает 90% уходит от 15 минут до часа в зависимости от окружающей температуры.

В баллонах хранится 5 кг водорода, обеспечивающие запас хода до 500 км. Полная заправка баллонов займет три минуты.

Главные недостатки

Главный недостаток — высокая себестоимость. Помимо электрохимического генератора, который при массовом производстве может стоить дешевле батарей для электромобилей, нужны еще прочные и легкие баки. Для этого используют дорогой углепластик.

Следующий серьезный недостаток — энергетическая эффективность. Если использовать водород как только как промежуточное звено в цепочке доставки энергии от электростанции к колесам автомобиля, то КПД составит не более 30% с учетом потерь на перекачку и охлаждение водорода перед заправкой. В отличие от 70-80% у электромобилей.

Если получать водород из попутного нефтяного газа, то КПД становится несравнимо выше — до 70%. Правда, ценой выбросов углекислого газа.

Если сейчас производить автомобили с водородными двигатели, то где взять заправки? В Европе количество водородных заправок можно пересчитать по пальцам, у нас их вовсе нет. Инженеры для таких случаев изобрели бивалентный двигатель, который может одновременно работать как на водородном топливе, так и на бензине. Теперь владелец данного автомобиля не будет зависеть от наличия на заправке водородного топлива.

Вот глядишь, лет через пять-десять, когда количество водородных заправок в Европе возрастет, тогда водородомобили получат жизнь. Пока реалии сегодняшнего дня не радужны. Взять хотя бы стоимость машины на чисто водородных элементах — она превышает стоимость обычного автомобиля почти в два раза. И на 20 процентов дороге гибридных версий.