Как работают водородные автомобили » 1Gai.Ru
Водородные автомобили: Принцип действия.
В мире в последние годы наблюдается повышенный интерес к альтернативным источникам энергии. Не обошла эта тенденция и автопромышленность, которая является главным источником загрязнения атмосферы Земли. Именно поэтому большинство стран мира планируют к 2030 году отказаться от использования автомобилей с традиционными двигателями внутреннего сгорания.
Смотрите также: Автомобили и экология: Запретят ли автомобили?
Мы знаем, что на смену обычным бензиновым автомобилям скорее всего придут гибриды и электрокары. Но не стоит сбрасывать со счетов и другие автомобили, которые могут работать на альтернативных источниках энергии. Давайте рассмотрим например, водородные автомобили, которые возможно рано или поздно смогут вытеснить с авторынка весь существующий ныне автотранспорт. Мы расскажем вам о том, как работают водородные автомобили, о их плюсах и минусах, сравним их с бензиновыми, дизельными и электрическими автотранспортными средствами.
Принцип работы
Это химическая реакция происходящая в водородном топливном элементе.
Водородные автомобили, которые начала серийно выпускать автопромышленность, в качестве своего альтернативного источника топлива используют как известно, водород, который взаимодействуя с кислородом превращается в водяной пар, а в результате этого выделяется уже энергия. Эта энергия в водородном автомобиле обычно направляется либо на электродвигатели, либо на аккумуляторную батарею, которая затем и питает электродвигатель машины.
На основе этой технологии возможно построить и двигатель внутреннего сгорания, который сможет работать на том же водороде и будет аналогичен моторам, которые работают на бензине.
Преимущества
Подобно электромобилям данные транспортные средства, что работают на водородном топливном элементе, не выделяют углекислого газа. В результате этого получается, что водородные автомобили не способствуют глобальному потеплению или загрязнению атмосферы воздуха.
Нынешние водородные автомобили стали практически бесшумными, а это также является хорошим преимуществом перед автомобилями, которые оснащены двигателями внутреннего сгорания (ДВС). К сожалению, но увы, в мире пока не существует оснащенных ДВС машин, которые работали бы совсем бесшумно.
Смотрите также: Водород в автомобилях: Опасности и сложности использования
Поскольку в автомобилях с водородным топливным элементом используются только электродвигатели, то в этих видах автотранспорта максимальный крутящий момент доступен сразу, т.е. с 0-ых оборотов в минуту работы двигателя.
Водородные автомобили, в отличие от электрокаров и обычных бензиновых транспортных средств могут иметь более широкий диапазон работы, они более эффективны. Например, 1 грамм водорода выделяет в 3 раза больше энергии, чем грамм бензина. Заправка же водородного автомобиля происходит намного быстрее электрического авто. Кроме того, на полном баллоне заправленного водородом, автомобиль имеет гораздо больший запас хода, чем электрокар.
Недостатки
Основным недостатком водородных автомобилей является то, что такое топливо как водород, чрезвычайно сложно и трудно хранить. Чтобы заправить нормальное количество водорода в резервуар, его необходимо для начала сжать, примерно до 700 бар. А для сжатия водорода потребуется энергия. Кроме того, чтобы храненить водород под высоким давлением, требуется тяжелый усиленный высокопрочный резервуар, чтобы это легкоиспоряемое топливо не представляло ни какой опасности всей окружающей среде .
Таким образом, в случае такой утечки или разгерметизации баллона с водородом всегда существует огромный риск, что газообразный легковоспламеняющийся водород воспламениться или хуже того, возьмет и взорвется.
Что касаемо его производительности, то водородные автомобили с ДВС работающие на водороде, нуждаются в гораздо большем объеме количества воздуха, если сравнивать их с бензиновыми автомобилями.
Вот например, идеальное химическое соотношение воздуха с топливом для бензиновых моторов составляет около 14,3 к 1, а для водородных автомобилей это соотношение уже будет составлять примерно 38 к 1. Однако при таком соотношении водорода и кислорода водородные двигатели внутреннего сгорания сжигают топливо при очень большой температуре, что приводит к разрыву тройных связей азота в воздухе и в результате этого начинает образовываться закись азота (да, это так и есть, образуется тоже вещество, которое выбрасывается в атмосферу при работе дизельного мотора). Это вещество является одним из самых вредных загрязнителей окружающей природы.
Чтобы уменьшить уровень вредных выбросов в ДВС который работает на водороде необходимо, чтобы соотношение между водородом и кислородом увеличилось почти до 80 к 1. Но вместе с этим, ДВС работающий на водороде потеряет большое количество своей мощности в сравнении с аналогичными бензиновыми моторами. Дело здесь вот в чем, как мы уже ранее сказали, водород является более энергоемким топливом по сравнению с бензином.
Один из способов обойти подобный неблагоприятный эффект, это использовать для максимальной мощности твердый топливный элемент, который будет давать энергию электромоторам, которая потребуется в тех случаев, когда автомобилю будет нужна максимальная мощность. То есть, как вы уже поняли идея заключается в том, чтоб в данном автомобиле при небольшой мощности и нагрузке в качестве альтернативы использовать водородное топливо а не бензин, которое и будет питать ДВС. Для максимальной же мощности в действие вступит уже аккумулятор, который и будет подпитывать электродвигатель.
Другой проблемой для такого типа двигателей является тот факт, что водород чрезвычайно энергоемкое вещество, т.е. топливо. Если сравнивать его с бензином, то в 1 литре водорода содержится всего около 30% энергии в отличие от того же бензина. Соответственно, что запас хода водородного автомобиля на одном полном заправленном баке будет небольшим, если его сравнивать с бензиновой машиной.
Водородные автомобили (не важно какую технологию они используют: топливный элемент или же водород, который используется напрямую вместо бензина в качестве топлива) так же как и бензиновые транспортные средства не так эффективны, если например их сравнивать с электрокарами. КПД водородных автомобилей составляет примерно 30 — 50%, что сопоставимо с бензиновыми автомобилями. А это почти на половину меньше, чем КПД электрических автотранспортных средств.
Это может означать или означает следующее, что сами водородные автомобили как и бензиновые, основную и большую часть своей энергии теряют в процессе обработки так называемой тепловой выделяемой энергии.
Есть еще один серьезный минус таких машин, которые работают на водородном топливном элементе. Этот тип или вид машин не очень-то приспособлен работать при холоде.
Откуда же берут водород?
Существует два основных способа получения водорода. Первый включает в себя следующее, а именно, взаимодействие паров с метаном (природным газом) в результате чего получается водород и двуокись углерода.
При таком способе получения водорода, существуют две проблемы. Первая, -при этом процессе выделяется углекислый газ, который является парниковым газом наносящим вред атмосфере планеты. Вторая, -газ метан является ископаемым топливом и он не возобновляется.
Второй способ получения водорода, это расщепление воды посредством электролиза. В результате этого процесса из воды выделяется чистый водород, который может служить источником топлива для водородного автомобиля. К нашему сожалению для этого процесса необходимо слишком много энергии, которая не будет потом возобновлена на все 100%. Кроме того, в процессе получения чистого водорода происходят некоторые косвенные выбросы углекислого газа.
Смотрите также: Почему двигатели V4 редко встречаются в автомобилях?
В том числе, в процессе получения водорода часть энергии топлива теряется, что делает водородные автомобили менее эффективными в сравнении, например с тем же электрическим транспортом.
В заключительном итоге, в водородных автомобилях топливо стало обычным источником подзарядки аккумуляторных батарей, которые в свою очередь и питают сам электромотор. Тут есть все очень просто. Энергия от водорода поступает в так называемый накопительный аккумулятор, чтобы поддерживать уровень заряда самой батареи, который постоянно снижается из-за питания электродвигателя. Вот и вся хитрость.
Какие водородные автомобили сегодня продаются на мировом авторынке?
Прямо сейчас, единственным массово серийным водородным автомобилем, который можно купить и приобрести, является Toyota Mirai. В настоящий момент эта машина продается в США, в Японии и в некоторых странах Европы и ОАЭ. По имеющимся сегодня данным Японская компания продала уже более 3000 тысяч автомобилей. К большому сожалению этот водородный седан стоит очень дорого.
В среднем его цена- 60 000 долларов США. И эти деньги вы должны выложить и отдать за автомобиль мощностью всего в 152 л.
с., где максимальный запас хода равен 500 км, и те только при идеальных условиях езды. В среднем автомобиль может проехать, где-то 300 км, что сопоставимо с автомобилем седан Tesla Model S. Так что запас хода этого водородного автомобиля не очень-то впечатляет.
Но есть еще одна важная проблема для автомобиля. Где вы будете заправлять Toyota Mirai? Ведь водородных заправок даже в мировом масштабе не так уж много. Именно отсутствие такой инфраструктуры и тормозит развитие водородного автотранспорта.
В мире существуют еще две серийные водородные модели автомобилей. Речь идет о Honda Clarity и Hyundai Tucson FCEV. Но эти машины доступны для граждан только в нескольких странах мира, и то в ограниченном тираже.
Недавно, компания Mercedes на автосалоне во Франкфурте представила на всеобщее обозрение свой первый серийный водородный кроссовер, под маркой- GLC, который в скором времени будет доступен для покупки его во всех странах Евросоюза.
Таким образом вы убедились, что выбор водородных авто не так уж на сегодня и богат даже в его глобальном мировом масштабе.
Но тем не менее, мировая автопромышленность не стоит на месте, в настоящий момент уже многие автомобильные компании занимаются своими разработками и исследованиями в этой области автомобилестроения.
Смотрите также: Mercedes GLC F-Cell: Теперь и водородная версия
Например, компания BMW в настоящий момент проводит инженерные испытания своего водородного спорткара, созданного на базе i8.
В том числе активные разработки водородных автомобильных технологий ведет и компания Mazda. Вот например, у известного Японского бренда есть новая разработка роторного мотора, который способен работать на водородном топливе. Подобная технология была также использованна и на прототипе автомобиля RX-8 Hydrogen RE. Эта машина может работать и на водороде, и на бензине. Правда при работе на водороде мощность машины существенно падает и состовляет всего 109 л.с.
Не отстает от таких разработок и компания Aston Martin, которая уже создала Rapide S способный работать как на бензине, так и на водороде.
Например, эта машина может использовать разные виды топлива как по отдельности, так и вместе взятые.
Кстати Aston Martin Rapide S стал первым водородным автомобилем, который успешно завершил 24-часовые гонки в Нюрбургринге.
Вывод
Итак, самый существенный вопрос, который волнует сегодня миллионы человек на Земле. Будут ли водородные автомобили в будущем жизнеспособными? И другой немало важный вопрос. Смогут ли они заменить все ныне существующие автомобили?
Однозначно, что на эти вопросы сегодня вам никто не ответит: ни великие инженеры и автоконстукторы, ни физики и ни химики, даже самые известные всему миру фантасты не смогут сегодня дать ответ на эти конкретно поставленные вопросы..
А спрогнозировать заранее на чем будут ездить люди во всем мире примерно через 100 лет, просто невозможно.
Лично мы со своей стороны считаем, что водородные автомобили никогда не смогут стать нашими основными транспортными средствами и заменить традиционные автомобили с двигателями внутреннего сгорания.
Ведь такие автомобили недостаточно эффективны. Кроме того, во всем мире под водородные автомобили нет необходимой инфраструктуры, а чтобы ее развить до уровня бензиновых и дизельных АЗС, потребуется не одно столетие и огромные инвестиционные средства.
Сегодня использование электричества в плане топлива для автомобилей, более предпочтительно. Ведь согласитесь, что использование напрямую электричества для питания электродвигателей куда логичней, чем использование преобразования воды в водород и обратно только с одной целью,- подпитывание или питание аккумуляторных батарей. Причем надо не забывать, что при данном процессе теряется до 50% всей энергии. Согласитесь, это не очень впечатляет.
Тем не менее мы хотим сказать, что водородные автомобили могут использоваться например, в тех же самых автогонках электрокаров, где поддерживать нужный уровень заряда аккумулятора является главной задачей всех спортивных команд. Используя водород во время таких гонок, т.
е. гонок электрокаров, командам не нужно будет часто менять аккумуляторы, что естественно увеличит саму зрелищность этих соревнований.
Автомобиль на водороде. Пора ли прощаться с бензином? / Блог компании Toshiba / Хабр
Привет, Хабр! К нашей прошлой статье о водородной энергетике вы написали очень интересные и справедливые комментарии, ответы на которые вы сможете найти в этом материале, посвященном использованию водорода в автомобилях.
Действительно, в сравнении с бензином водород — одна сплошная проблема: его очень трудно хранить и непросто получать, он взрывоопасен, а водородные автомобили в разы дороже бензиновых. Но при этом водород считается наиболее перспективным видом альтернативного топлива для транспорта. К тому же, на производство водородных автомобилей инвесторы готовы тратить многомиллиардные инвестиции.
Приговор бензину уже подписан
Согласно последнему отчету BP Statistical Review of World Energy 2018, мировые разведанные запасы нефти составляют 1,696 млрд баррелей, чего при сохранении текущего уровня потребления хватит лет на пятьдесят.
Неразведанные запасы нефти, предположительно, дадут нам еще полвека углеводородной энергетики, но и стоимость ее добычи может оказаться такой, что нефть попросту станет невыгодна в сравнении с другими источниками энергии. Когда месторождения с удобной добычей истощатся, цена на сырье автоматически пойдет вверх: если сейчас стоимость добычи барреля в России некоторыми оценивается в 2-3 доллара (по альтернативным оценкам, в 18 долларов), то для сланцевой нефти это уже 30-50 долларов. А впереди у человечества реальная перспектива перейти на добычу шельфовой и арктической нефти, цена которой будет еще выше.Всплеск интереса к электротранспорту в 70-х годах XX века возник как раз на фоне скачкообразного роста цен на нефть из-за политического кризиса — недостатка в сырье не было, но четырехкратный рост цен мгновенно сделал бензиновые автомобили и нефтяную энергетику роскошью.
А еще на пути бензиновых авто встали более спорные препятствия — забота об экологии в городах и странах, где автомобильный выхлоп стал проблемой.
Из-за этого, например, Германия приняла резолюцию о запрете производства автомобилей с ДВС с 2030 года. Франция и Великобритания обещают отказаться от углеводородного топлива до 2040 года. Нидерланды — до 2030 года. Норвегия — до 2025 года. Даже Индия и Китай рассчитывают запретить продажи дизельных и бензиновых авто с 2030 года. Париж, Мадрид, Афины и Мексика запретят к использованию дизельные машины с 2025 года.
Сжигание водорода в ДВС
Сжигание водорода в обычном двигателе внутреннего сгорания кажется самым простым и логичным способом применения газа, ведь водород легко воспламеняется и сгорает без остатка. Однако из-за разницы в свойствах бензина и водорода перевести ДВС на новый вид топлива оказалось не так-то просто. Сложности возникли с долгосрочной эксплуатацией движков: водород вызывал перегрев клапанов, поршневой группы и масла, из-за втрое большей, чем у бензина, теплоты сгорания (141 МДж/кг против 44 МДж/кг). Водород неплохо показывал с
Водородный автомобиль — плюсы и минусы
Чистый водород превратился в идеальное топливо для автомобилей.
Большой энергетический потенциал водорода и наличие возобновляемых источников водорода соответствуют требованиям современных потребителей. Однако водород обладает своими недостатками.
Ученые прилагают много усилий для того, чтобы преодолеть эти недостатки, чтобы сделать водород заменой обычным энергоносителям. Рассмотрим, какими преимуществами и недостатками отличаются автомобили использующие водород в качестве топлива.
Среда
Использование водорода как топлива для ДВС не вызывает загрязнение природы выхлопными газами. Конечно, машина может все еще загрязнять воздух другими источниками (например, сжигая смазочное масло), однако, водород, как топливо, не приводит к загрязнению окружающей среды. Когда водород соединяется с воздухом, происходит их сгорание с созданием воды.
Возобновляемость
Водород — это возобновляемый источник топлива. При его сжигании, происходит образование воды. Она может состоять из составных элементов (водорода и кислорода), способствуя производству большего количества атомов водорода.
При этом цикл не нарушается, так как он не сопровождается химическими изменениями, устраняющими добычу водорода. По сравнению с нефтехимическими продуктами, водородом можно эффективно и многократно пользоваться как источником топлива для автомобиля.
Доступность
Автомобили на водородном топливе более доступны в последнее время, но сильно отстает инфраструктура по их обслуживанию. Водород закачивается в автомобиль не в качестве газа, а как криогенная (холодная) жидкость. Чтобы найти заправочную станцию с водородом нужно преодолеть достаточно большие расстояния. В большинстве российских регионов нет достаточных условий для эксплуатации водородных машин, заправки расположены друг от друга на далеком расстоянии.
Производство водорода не бесплатно. Чтобы перегнать водород требуются большой расход энергии. Электрическим током во время прохождения по воде создается кислород и свободный водород. Затем водород поднимается выше, чем кислород, собирается и сжижается. Процесс электролиза и сжижения водорода является энергоемким процессом.
Это сказывается на доступности водорода на рынке.
Коррозия
Водород — это летучий элемент, легко объединяемый со многими другими элементами. Это объединение вызывает различные эффекты от взаимодействия с металлами и другими материалами. Чистым водородом быстро разъедаются металлы, а инженерные решения данной проблемы сказываются на повышении стоимости водородных машин. Решить проблему простой заменой водородом бензина не получится. Двигатели, системы и топливные баки должны специально проектироваться и изготавливаться для использования водородного топлива.
Водород как топливо для автомобиля
Водород практически не встречается в природе в чистой форме, поэтому первая проблема, которая стоит перед одним из видов топлива будущего — получение.
Вопреки распространенному стереотипу электролиз (химический процесс, возникающий при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита и приводящий к выделению на электродах его составляющих веществ) не единственный метод производства водорода, хотя именно его предлагают применять в бытовых электролитерах.
Об использовании водорода на службе автомобиля и начальную информацию о методах получения водорода читайте далее.
Как получают водород для использования в качестве топлива для автомобиля
Водород можно получать паровой конверсией — выделением чистой его формы из летучих углеводородов, чаще всего для этого используют метан, данный способ является наиболее дешевым.
Газификация угля также дает свои «водородные плоды» за счет преобразования твердого и жидкого топлива в горючие газы.
За производство водорода посредством термического разложения воды (пиролиза) ратуют британцы, мотивируя это тем, что сырьем в подобном случае может являться обычный мусор.
Еще одними из способов добывания водорода являются частичное окисление и группа биотехнологических методов.
Последние используют явление выделения водорода микроорганизмами (например, некоторыми водорослями при недостатке кислорода и серы), либо разложение воды с участием все тех же микроорганизмов.
Благодаря использованию катализаторов эффективность последнего метода можно увеличить на треть.
Как хранят добытый для использования в автомобилях водород
Следующий задачей для водородной энергетики является процесс хранения водорода, оно возможно в трех формах: в виде сжатого газа, в сжиженном или адсорбированном состоянии, когда газ удерживается в поглотившем его веществе.
Так или иначе в каждом из этих случаев приходится решать определенную проблему: сжатый газ, несмотря на свою плотность, все-таки занимает немало места, жидкий — требует низких температур, а в случае третьей формы — это поиск подходящего материала для удержания летучего топлива, обладающего высокими поглощающими свойствами и подходящими условиями аккумуляции газа (в основе своей это углеродные наноструктуры с различными вариациями).
Заправка автомобиля водородным топливом
Следующий этап в транспортировке водорода к конечному пользователю — заправка. Различают мобильные, стационарные и домашние заправочные системы.
В основном в них используется газообразный водород, хотя есть и станции, работающие с жидким топливом. В данном случае все зависит от автомобиля. Например, BMW Hydrogen 7 потребляет наряду с бензином жидкий водород, а вот его конкурент от General Motors — Opel Zafira Hydrogen 3 использует 2 бака под сжатый и сжиженный газы.
Проблемы продвижения водорода как топлива
Вообще заправочная инфраструктура — один из камней преткновения для водородной отрасли: чтобы автомобили на водороде стали популярны, для них нужна обслуживающая система, а чтобы создать эту систему, необходимо достаточное количество ее пользователей.
Что в конечном итоге сдвинет с мертвой точки решение этой проблемы — покажет время, но как и всегда вся надежда возлагается на науку, хотя здесь уже возникнет другая дилемма: наука нуждается в финансировании, а инвесторам в свою очередь нужна гарантия результативности и востребованности открытий.
Преимущества и плюсы водорода как топлива для продавцов
Из привлекательных факторов водородной инфраструктуры можно выделить время заправки автомобиля — оно составляет обыкновенно 3-5 минут (1 кг топлива по данным американских ученых необходим для 96 км пробега).
Также определенно стоит подчеркнуть, что на первых порах малые и средние заправки могли бы совмещать в себе функции производства, хранения и передачи топлива потребителю, тем самым исключив расходы на транспортировку. Однако чем больше водородных автомобилей будет появляться, тем большие размеры заправочных станций будут востребованы.
Особенности потребления водородного топлива
Наконец, пришло время поговорить об особенностях потребления водородного топлива.
Во-первых, на радость борцам за экологию снижается выброс углекислого газа и вредных продуктов сгорания в атмосферу, здесь необходимо сделать ремарку о том, что данное положительное явление может нивелироваться, если для производства самого водорода будут использоваться грязные источники энергии, так что как ни крути, а водородное дитя требует более нежного обращения, если люди хотят, чтобы из него кое-что получилось в будущем.
Во-вторых, с использованием водорода экономики стран могут стать менее зависимыми от роста цен на энергоносители.
В-третьих, КПД водородного двигателя составляет 45%, что больше, чем у его дизельного аналога. Хотя мощность первого меньше, чем у второго на 20-30%, кроме того, водород может существенно увеличить износ деталей двигателя за счет вступления в реакции с материалами, из которых они изготовлены.
Безопасность водорода как топлива для автомобиля
Далее, не следует пренебрегать вопросом безопасности — водород летуч и легко воспламеняем: закрытое пространство автомобиля может заполниться опасным газом, а уже одно то, что смесь водорода и воздуха является взрывоопасной, способно напрочь оттолкнуть от его использования. Однако не следует слишком критично относиться к этим замечаниям, все знают, насколько опасны АЭС при возникновении проблем в их эксплуатации, и тем не менее они считаются самыми чистыми производителями электроэнергии.
Кроме того, не обязательно вообще кардинально менять автомобиль и вид топлива, сегодня уже есть возможность использовать гибридный транспорт, в котором, например, используется смесь водорода и дизельного топлива, что с одной стороны сокращает его расход, а с другой — уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу.
Также никто не запрещает использовать водород в других транспортных системах, скажем, железнодорожной и морской: здесь не так важна компактность топливных емкостей, а в случае применения водорода в качестве топлива, например, для подводных лодок, они приобретают существенный козырь — практически полное отсутствие шумов.
Вывод о водороде как о топливе для автомобиля
Водородной отрасли нужно дать время развиться, хотя сегодня оно как никогда напоминает ускользающий через пальцы песок, потому как уже появляются автомобили на гибридных электро-дизельных или электро-азотных двигателях, а также работающие на сжатом воздухе. Конкуренция на рынке энергоносителей крайне высока и вряд ли уменьшится в ближайшее время.
Водородное топливо: что это, плюсы и минусы
В Испании, где я сейчас живу, довольно много электромобилей — встречаю их практически каждый день, как на дорогах, так и на станциях для зарядки. И каждый год электрокаров становится все больше (не только в Испании, конечно).
Но есть и альтернатива — автомобили на водородном топливе, которые тоже не загрязняют природу, поскольку их выхлоп — вода. Тема сегодняшней справочной — водородные машины, принцип их работы и перспективы.
Когда появились первые автомобили на водороде?
Изобрел двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, Франсуа Исаак де Ривас (François Isaac de Rivaz) в 1806 году. Водород он получал с помощью электролиза воды. Поршневой двигатель, который создал изобретатель, называют машиной де Риваса (De Rivaz engine). Зажигание было искровым, двигатель имел шатунно-поршневую систему работы. Ну а цилиндр приводился в движение детонацией смеси водорода и кислорода электрической искрой — ее приходилось генерировать вручную в момент опускания поршня. Через два года этот же изобретатель построил уже самодвижущееся устройство с водородным двигателем. Но более-менее широко применять водород для работы автомобильных двигателей стали много лет спустя. В 1941 году в блокадном Ленинграде автомобильные двигатели ГАЗ-АА были модифицированы инженер-лейтенантом Б.
И. Шелищем. Движки управляли лебедками аэростатов заграждения (их заправляли водородом, и запасов газа в Ленинграде было много), но это были автомобильные двигатели. Кроме того, были модифицированы и несколько сотен движков в автомобилях. Начиная с 1980-х сразу в нескольких странах, включая США, Японию, Германию, СССР и Канаду стартовало экспериментальное производство по созданию автомобилей, работающих на водороде, бензин-водородных смесях и смесях водорода с природным газом.
В 1982 году нефтеперерабатывающий завод «Квант» и завод РАФ разработали первый в мире экспериментальный водородный микроавтобус «Квант-РАФ» с комбинированной энергоустановкой на основе водородо-воздушного топливного элемента мощностью 2 кВт и никель-цинковой аккумуляторной батареи емкостью 5 кВт*ч.
На протяжении многих лет такие автомобили разрабатывали в разных странах по большей части в качестве эксперимента. После того, как концепция «зеленого» автомобиля стала популярной, автомобилями на водороде заинтересовались крупные корпорации вроде Toyota. Начиная с 2000-х, автомобильные компании стали разрабатывать концепты коммерческих авто.
А где брать водород?
Водород можно получать разными методами:
- паровая конверсия метана и природного газа;
- газификация угля;
- электролиз воды;
- пиролиз;
- биотехнологии.
Наиболее экономичным способом производства водорода сейчас считается паровая конверсия.
Так называют получение водорода из легких углеводородов (метан, пропан-бутановая фракция) с использованием парового риформинга. Риформингом называют процесс каталитической конверсии углеводородов в присутствии водяного пара. Водяной пар смешивается с метаном при высокой температуре (700–1000 Сº) и большом давлении с использованием катализатора.
При паровой конверсии водород получать дешевле, чем используя любые другие методы, включая электролиз. Наиболее безвредный способ производства водорода — электролиз — получение водорода из воды с использованием электрического тока.
Чистота выхода водорода близка к 100%.
Если не считать загрязнение для получения электричества, такие установки почти безвредны для окружающей среды, поскольку в процессе работы выделяются только водород и кислород. Еще один безопасный для окружающей среды способ получения водорода — реактор с биомассой. Источник Производить водород можно и на крупной фабрике, и на относительно небольшом предприятии. Чем масштабнее производство — тем ниже себестоимость газа. Но зато в первом случае увеличиваются расходы на доставку водорода к местам заправки машин.
Как работает топливная система и какие есть варианты?
Лучше всего рассмотреть принцип работы такой системы на примере серийных водородных авто Toyota Mirai. Основа — топливный элемент, электрохимическая система, преобразующая частицы водорода и кислорода в воду. Внутри такого элемента — протонпроводящая полимерная мембрана, которая разделяет анод и катод.
Обычно это угольные пластины с нанесенным катализатором.
На катализаторе анода молекулярный водород теряет электроны, катионы проводятся через мембрану к катоду, а электроны отдаются во внешнюю цепь. На катализаторе катода молекулы кислорода соединяются с электроном и протоном, образуя воду.
Пар или жидкость — это единственный продукт реакции. Преимущество топливных ячеек на основе протонообменных мембран — высокая удельная мощность и относительно низкая рабочая температура. Они быстро греются и почти сразу после старта начинают производить энергию. В Mirai используются топливные элементы с высокой удельной мощностью на единицу объема (3,2 кВт/л), максимальная их мощность 124 кВт. Произведенный топливным элементом постоянный ток преобразуется в переменный с одновременным повышением напряжения до 650 В. Электричество поступает в литий-ионный аккумулятор. Для движения машина расходует запасенную в нем энергию. Водород в топливный элемент Mirai поступает из баллонов высокого давления (около 700 атм). Блок управления в автомобиле контролирует режим работы топливного элемента и зарядку/разрядку аккумулятора.
По данным Toyota на 100 км пути Mirai требуется до 750 граммов водорода. Владельцы Mirai говорят о примерно килограмме водорода на 100 км пути.
Такие автомобили опасны? Почему?
Поскольку водород — горючий газ, то транспортировать и хранить его нужно осторожно. Нужны высокочувствительные газоанализаторы, которые смогут дать сигнал в случае утечки. Правда, водород очень летучий газ (ведь это самый легкий химический элемент) и при попадании в атмосферу водород быстро поднимается вверх.
Сгорает он очень быстро. Дирижабль «Гинденбург» горел всего 32 секунды. Благодаря скоротечности пожара погибли далеко не все пассажиры, выжили 62 человека из 97, находившихся в гондоле дирижабля.
Тем не менее, если автомобилей на водороде станет много, то потребуются новые меры безопасности движения на дорогах. Машины с ДВС тоже опасны — в случае аварии и пробоя бака бензин или дизельное топливо вытекают на дорогу и могут воспламениться. Если будет пробит бак с водородом, газ очень быстро улетучится.
Но если близко будет источник открытого огня или искр, водород может загореться.
В Mirai и других моделях водородных авто используются очень прочные баки для водорода. Toyota сделала свои баки пуленепробиваемыми, их стенки из сверхпрочного волокна выдерживают выстрелы из крупнокалиберного оружия. Для тестов компания наняла снайперов и пробить бак смогла только пуля калибром .50 после двойного попадания в одно и тоже место. Если соблюдать меры безопасности, водородные автомобили не опаснее машин с ДВС.
Какой срок службы у топливных ячеек?
Пока что такая информация есть лишь для Mirai. Toyota заявляет, что одна ячейка гарантированно будет работать на протяжении 250 000 км. Затем, если работа ячейки ухудшается, ее можно заменить в сервисном центре.
Какие компании уже выпускают или собираются выпускать автомобили на водороде?
Водородные машины разрабатывают Honda, Toyota, Mercedes-Benz и Hyundai — у этих компаний уже есть готовые транспортные средства.
Другие показывают пока лишь концепты (впрочем, рабочие) или просто красиво отрендеренные картинки.
К числу первых можно отнести Audi и Ford, к числу вторых — BMW (справедливости ради нужно сказать, что в 2007 году BMW выпустила партию из 100 экспериментальных «водородных» моделей, которые так и остались экспериментом) и Lexus.
В серию запущены пока лишь Toyota Mirai и Honda Clarity. Их можно приобрести в США и Европе.
Сколько это стоит?
В настоящий момент водородные автомобили немного дороже обычных в плане эксплуатации.
Так, при поездке в Европе протяженностью 480 км затраты на горючее для владельца обычной машины составят примерно $45, а вот владелец Mirai заплатит около $57.
И это при том, что правительство некоторых стран субсидирует производство водорода для машин. Стоимость 1 кг водорода составляет в среднем $11.45.
Чем водородные авто лучше электромобилей?
Собственно, вопрос не совсем корректный. Дело в том, что и автомобиль на водороде, с топливной ячейкой, и «чистый» электрокар — это электромобили.
Просто в одном случае машину заправляют водородом, во втором — электричеством. Если сравнивать стоимость большинства электромобилей и Toyota Mirai, то они сравнимы, это несколько десятков тысяч долларов США.
Стоимость Hyundai ix35 Fuel Cell составляет около $53 тыс., Toyota Mirai — $57 тыс., Honda Clarity — $59 тыс. Стоимость электрокаров Tesla начинается с $45 тыс. (базовая комплектация с прайсом в $35 тыс. пока доступна лишь для предзаказа). Электромобили от BMW стоят около $50 тыс.
Водородные автомобили быстро заправляются — на это уходит всего 3–5 минут, в отличие от электромобилей, где нужно от получаса до нескольких часов для подзарядки. Основное достоинство водородного транспорта в том, что топливные ячейки служат много лет и практически не нуждаются в обслуживании. Если взять «чистый» электромобиль с его огромной батареей, то ее срок службы всего 1–1,5 тыс.
циклов, то есть 3-5 лет. Причем водородный автомобиль без проблем будет работать на морозе (заводиться в том числе), а вот аккумулятор электромобиля потеряет заряд.
Какие перспективы у водородных машин и когда их можно будет увидеть на дорогах?
Водородные автомобили уже колесят по дорогам Европы и США (возможно, единичные экземпляры есть и в других регионах). Но их немного — несколько тысяч, что нельзя назвать массовым внедрением.
Проблема, которая сейчас мешает распространению водородных транспортных средств — отсутствие инфраструктуры (всего несколько лет назад аналогичная проблема была актуальной и для электромобилей). Нужны специализированные фабрики по производству водорода, транспортные системы для водорода и заправки.
Водородные АЗС в 2019 году(источник) Кроме того, водород получается довольно дорогим, так что если электромобили покупают, в частности, для экономии на топливе, то в случае водородной машины — это не вариант. При массовом появлении фабрик по производству водорода для машин, а также сервисной инфраструктуры можно ожидать выхода гораздо большего числа транспортных средств на водороде на дороги общего пользования.
Но нет гарантии, что это вообще случится ли это или нет — пока неясно. Автопроизводители вроде Toyota активно продвигают свои машины и преимущества водорода в транспортной сфере. Но конкуренция слишком велика, как среди обычных машин с ДВС, так и среди электромобилей.
Источник: https://habr.com/post/450886/
Двигатели на водородном топливе
Водородный двигатель в последние годы всё чаще рассматривается многими производителями транспортных средств в качестве достойной альтернативы традиционным ДВС, работа которых обеспечивается «чёрным золотом».
Перспектива использовать такой двигатель в будущих десятилетиях была оценена ещё во времена блокады Ленинграда, когда Борис Шелищ сумел разработать, а также внедрить метод перевода бензиновых двигателей на использование водородного топлива.
Однако до настоящего времени предпочтение отдавалось исключительно конкурирующим технологиям, к числу которых можно отнести электромобиль и гибридный автомобиль.
Принцип работы
Устройство водородных двигателей не отличается особой сложностью.
Главным отличием является способ подачи и воспламенения смесей при полном сохранении основного принципа преобразования.
При этом на фоне традиционного бензина и дизеля, водородное топливо обеспечивает мгновенную скорость реакции даже в условиях незначительного уровня давления внутри топливной системы.
Для образования смеси участие воздуха не является необходимым, а остающийся в камере сгорания пар, после прохождения сквозь радиатор и конденсации, снова становится Н2О.
Безусловно, топливный элемент в данном варианте предполагает использование специального электролизера, обеспечивающего выделение достаточного количества водорода для участия в возобновлённом гидролизе с кислородом.
Основная проблема состоит в том, что в современных реалиях данный вариант практически невыполним.
Современные технологии не гарантируют стабильность функционирования и беспроблемный запуск мотора при отсутствии атмосферного воздуха.
Особенности гибридных конструкций
Характеристики, которыми обладает водородное топливо, активно использовались многими конструкторами с целью создания уникального гидродвигателя внутреннего сгорания. Например, разработанный В.С. Кащеевым метод – это принципиально иная установка, имеющая не только традиционный подающий воздух впускной клапан и выпускное устройство отвода выхлопных газов, но и отдельный клапанный механизм подачи водорода, а также свечу зажигания в головке блоков цилиндров.
Несмотря на некоторые принципиальные отличия, механизм работы остаётся неизменным, поэтому любые гибридные силовые агрегаты принято считать переходной стадией от применения дизеля и бензина к использованию водородного топлива.
Благодаря высоким показателям КПД, лёгкое химическое вещество вводится в состав топливно-воздушных смесей, что значительно повышает степень сжатия, а также снижает токсичность выхлопов.
Кроме этого, взаимодействие кислорода с водородом сопровождается выделением достаточного количества энергии, которая нужна автомобильным электродвигателям.
Водородные топливные элементы
Водородный топливный элемент, с конструктивной точки зрения, является своеобразной аккумуляторной «батарейкой» с высокими показателями коэффициента полезного действия (порядка 50%). Внутри корпуса протекают физико-химических процессы с участием специальной мембраны, отвечающей за проведение протонов. Посредством такого мембранного элемента происходит деление корпуса на пару частей – резервуар с анодом и камеру с катодом.
Камера с анодом заполняется водородом, а в катодную часть поступает атмосферный кислород. В качестве покрытия электродов используются дорогостоящие редкоземельные металлы, включая платину.
Особенности поверхности обеспечивают взаимодействие с водородными молекулами, в результате чего происходит потеря электронов. Одномоментно с этим процессом выполняется прохождение протонов сквозь мембрану к катоду.
Благодаря такому воздействию катализатора протоны соединяются с поступившими извне электронами.
Результат произошедшей реакции – образование воды и поступление электронов из анодной камеры в электрическую цепь, подключённую к силовому агрегату.
Таким образом, двигатель приводится в движение водородным топливным элементом и может проработать порядка 200-250 км.
Тормозит применение такой технологии и серийный выпуск автомобилей с водородными двигателями необходимость использовать в конструкции элементов платину, палладий и другие дорогостоящие металлы.
Преимущества и недостатки
С практической точки зрения все плюсы и минусы водородных силовых агрегатов в условиях современного автомобилестроения очевидны и обусловлены их техническими характеристиками. К неоспоримым преимуществам относятся следующие факторы:
- абсолютно бесшумная работа;
- высокие показатели экологической чистоты;
- очень достойный коэффициент полезного действия;
- меньшее количество токсичных выбросов в атмосферу;
- гарантированно высокая мощность и производительность;
- конструктивная простота и отсутствие ненадёжных систем топливной подачи.
Среди значимых недостатков можно выделить сложность и дороговизну получения топлива в промышленных объёмах, отсутствие регламента хранения и транспортирования. Вес машины естественным образом заметно увеличится, что обусловлено необходимостью установки на транспортное средство тяжёлых токовых преобразователей и мощных аккумуляторных батарей.
Специалисты отмечают также высокую опасность использования водорода, связанную с риском появления взрыво- и пожароопасной ситуации при взаимодействии с разогретым выпускным коллектором и моторными маслами.
Сегодня цена одного килограмма водорода составляет порядка 8-9 американских долларов, поэтому при расходе 1,2-1,3 кг на 100 км, средняя стоимость такой поездки вполне сопоставима с эксплуатацией традиционного бензинового автомобиля.
Модели с водородным двигателем
Работы по разработке и производству реально функционирующего прототипа инновационного автомобиля обходятся примерно в миллион долларов. Самые крупные автомобильные концерны располагают такими суммами, но крайне редко считают вложение средств в подобные проекты высокодоходным мероприятием.
Honda FCX Clarity
Модель имеет силовую установку в виде водородных топливных элементов. Лизинговые продажи стартовали в Америке 11 лет назад, а для заправки топливом разрабатывалась очень компактная по размерам энергетическая станция (Home Energy Station).
Подсистема разгона и торможения в этом автомобиле оснащена эксклюзивным ионистором в виде супер-конденсатора без наличия традиционных «обкладок». Запас хода на одном заряде составляет 700 км.
Розничная цена модели – почти 63 тысячи американских долларов.
Hyundai Tucson/ix35 FCEV
Внедорожник класса «К1» был запущен в серийное производство шесть лет назад. Модель, занявшая лидирующие позиции в области использования водородного топлива, отличается компактными размерами.
Автомобиль оснащён силовой установкой, представленной двумя газовыми баллонами, которые заполняются сжатым водородом под давлением 700 атм.
В динамике эта машина очень хороша, но оптимальный вариант – городской цикл езды.
Hyundai Nexo
Южнокорейская модель второго поколения водородных кроссоверов отличается не только новой платформой, но также лёгким кузовом, аккумуляторной батареей в багажнике и улучшенным строением топливных элементов. Объём трёх одинаковых по размерам баков составляет 52,2 л водорода. Модель была протестирована за Полярным кругом, где довольно легко подтвердила свою работоспособность в суровых климатических условиях.
Toyota Mirai FCV
Японский водородный экомобиль – это новая эра автомобилестроения. Для четырёхдверного седана характерно наличие заметно улучшенной силовой установки, модернизированных и усовершенствованных агрегатов. В модели Тойота Мирай установлены высокоэффективные водородные топливные элементы FC stack и синхронный электрический двигатель переменного тока. Запас хода на одном заряде двух заправочных баллонов составляет 650 км.
Перспективы водородных ДВС
На данный момент к категории водородных моторов относятся как силовые агрегаты, которые функционируют на водороде, так и двигатели, использующие в работе водородные топливные ячейки. По мнению специалистов, водородные двигатели сегодня следует рассматривать, как единственно приемлемую с экологической точки зрения энергию.
Перед учёными в настоящее время стоит задача разработки наиболее приемлемой инфраструктуры, а также определения высокоэффективного способа добычи нестандартного вида топлива. Немаловажное значение придаётся подготовке документации, регламентирующей вопросы транспортирования, хранения и эксплуатации водорода.
Источник: https://voditelauto.ru/vodorodni-dvigateli/
Водородное топливо
Водород — наиболее распространённый элемент во вселенной. Его атомы и молекулы присутствуют во всём, что окружает нас — воде, еде, растениях, жидком топливе, природном газе. Водород составляет две трети массы Солнца.
Давно известно, что газ водород — очень лёгкий (молекулярный вес водорода 2, воздуха 29) и взрывоопасный. Первые дирижабли заполняли именно им, однако после жуткой трагедии с «Гинденбургом» его стали применять с опаской.
Преимущества и недостатки топлива из водорода
Все углеводородные виды топлива, особенно нефтяного происхождения, выделяют в окружающую среду много вредных веществ. Это окись кислорода (угарный газ), ряд окислов азота NOx, соединения серы и сажевые частицы.
Все эти вредности — продукты сжигания химических соединений, входящих в состав топлива. Человечество тратит огромные средства на устранение токсичных выбросов.
Для этого принимают ограничительные стандарты, очищают топливо, дорабатывают выхлопные системы автомобилей.
Если водород применять в качестве топлива, то борьба с вредными выбросами не потребуется — при его сжигании образуется только чистый водяной пар. Другим преимуществом водорода является его огромная теплотворная способность — 120 МДж/м³, это в 2-3 раза превышает количество энергии, получаемой от сопоставимой массы бензина.
Использование водородного топлива позволит на всё проглядываемое будущее обеспечить человечество неиссякаемой энергией. Люди забудут о заканчивающихся нефти и газе, о проблемах с их очисткой, о заболеваниях, связанных с вредными выхлопами двигателей.
Первостепенными задачами сегодня являются освоение производства водородного топлива и разработка технологий использования его в двигателях и других преобразователях энергии.
Поскольку научный мир и производственные сферы давно занимаются исследованиями водородной энергетики, к нашему времени имеются положительные результаты.
Одной из первых опыт применения водородного топлива для автомобилей воплотила компания Honda.
Ею выпущено 220 серийных авто FCX Clarity с водородными топливными элементами Они стоят дорого, но интенсивно используются и дают ценный опыт эксплуатации.
Другие автопроизводители также активно работают над созданием водородных автомобилей. Уже не один год выпускаются экспериментальными партиями автобусы, грузовики, тепловозы, подводные лодки, погрузчики, работающие на топливных элементах с водородом.
ДВС на газообразном водородном топливе без доработки двигателя используются редко. Это связано с агрессивным воздействием водорода на детали и смазку и особенностями воспламенения чистого водорода. Для такого топлива используют специальные роторные двигатели с разнесенными впускным па
Автомобили на водородном топливе. В чем преимущество?
Экология потребления.Мотор:На чем будут ездить автомобили через несколько десятков лет. Одним из альтернативных источников топлива считается водород.
На чем будут ездить автомобили через несколько десятков лет. Одним из альтернативных источников топлива считается водород. Поговорим о преимуществах использования водорода как топлива для автомобилей.
ДОСТОИНСТВА ВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА
Скоро появится возможность использования водорода в качестве топлива для ДВС в составе гибридных двигателей, а к концу десятилетия, возможно, сможете купить автомобиль на так называемых топливных элементах, в котором вообще нет ДВС. В качестве источника энергии в нем будет использоваться водород, который безопасен и экологичен: единственным выбросом в атмосферу будет водяной пар, а выхлопная труба автомобиля превратится в водосточную.
Водород — самый распространенный химический элемент: он содержится в воде, в нефти, в природном газе. Мы знаем также, что водород в газообразном состоянии крайне летуч, и годами это было большим барьером на пути водородной экономики.
Заправка автомобиля водородом будет быстрой и простой и отнимет столько же времени, как и заправка бензином. Эксперименты показали, что можно разбить емкость с водородом, уронить ее, проткнуть, бросить в огонь и даже взять в руки гибридный компаунд, находящийся внутри, — и все это без вреда для человека и окружающей среды.
Также, ученые совместно с авто производителями разрабатывают альтернативные источники топлива, помимо водорода.
СОВРЕМЕННЫЕ АВТОМОБИЛИ НА ВОДОРОДЕ
Самый первый серийный автомобиль на топливных элементах — это Toyota Mirai. Рассмотрим его принцип работы.
Toyota Mirai — по сути, электромобиль. Электричество вырабатывается в блоке топливных элементов при взаимодействии кислорода и водорода. Электрический ток проходит через инвертор, где преобразуется из постоянного в переменный, а напряжение увеличивается до 650 В. Реакция происходит без процесса горения, а “выхлоп” — безвредный водяной пар.
Тяговый синхронный электродвигатель приводит в движение передние колеса. Питание — не только от топливных элементов, но и от никель-металл-гибридной батареей мощностью 21 кВт: она подпитывается при рекуперативном торможении и отдает энергию при резких ускорений.
ЧТО МЕШАЕТ ПЕРЕЙТИ НА ВОДОРОДНОЕ ТОПЛИВО
Во-первых, психология потребителей. Мало кто согласится приобрести электромобиль, даже несмотря на то, что электродвигатель гораздо эффективнее, КПД выше (до 95% против 40-50% у ДВС). Что тут говорить, если даже к гибридным автомобилям у некоторых “специалистов” отношение снисходительное. Недостаточный спрос не позволяет развиваться этой отрасли автомобилестроения адекватными темпами.
Во-вторых, внедрение автомобилей на водороде требует создания соответствующей инфраструктуры(заправки, автосервисы). Это требует колоссальных инвестиций. Хотя можно предположить что в долгосрочной перспективе все затраты окупятся. Например, в Германии сейчас 19 водородных заправок, а к 2023 году обещают свыше 400. Они будут построены также за счет авто производителей, которые инвестируют внушительную часть средств.
В-третьих, цена водородного топлива. В Германии один килограмм водорода стоит примерно 9,5 евро. И его хватает на 70-100 км пробега. Это ужасно дорого, почти в 2 раза дороже чем дизельное топливо или бензин. И еще надо учитывать стоимость автомобиля на водороде, его цена выше в 2 раза, чем на аналогичные бензиновые машины. опубликовано econet.ru
26 Существенные плюсы и минусы водородных топливных элементов — Green Garage
Водородные топливные элементы сегодня являются одними из самых чистых источников энергии, и многие люди все чаще используют их для приведения в действие своих транспортных средств. Фактически, теперь они служат альтернативой автомобильным технологиям, превращая водород в электричество для зарядки аккумуляторов. Помимо тех, которые используют водород, существуют другие категории, включая фосфорную кислоту (PACF), расплавленный карбонат (MCFC), протонообменную мембрану (PEM), щелочные топливные элементы (AFC) и твердооксидные элементы (SOFC).
Эта технология, ориентированная только на водородные топливные элементы, имеет множество преимуществ. Однако он также имеет определенные недостатки. Плюсы и минусы водородных топливных элементов — очень интересная информация, особенно для людей, которые постоянно их используют, и даже для тех, кто планирует делать то же самое. Вот некоторые из них, если не все.
Список преимуществ водородных топливных элементов
1. Они позволяют эффективно преобразовывать электроэнергию.
По сравнению с другими технологиями производства электроэнергии водородные топливные элементы способны эффективно преобразовывать топливо в электричество, так как не требует сжигания.
2. Не требуют подзарядки.
Водородные топливные элементы не нужно перезаряжать, потому что требования к топливу просты. Мгновенная мощность может генерироваться даже в удаленном месте при условии бесперебойного питания элемента.
3. Они очень полезны.
Некоторые люди, путешествующие на короткие расстояния, предпочитают использовать водородные топливные элементы для питания своих транспортных средств, а не топливо, поставляемое на заправочные станции.
4. Они очень надежны.
Различные компоненты водородных топливных элементов, включая систему управления, насос и вентилятор, уложены друг на друга правильно. Следовательно, технология надежна в использовании.
5. Они в безопасности.
Поскольку они не содержат углерода (водородные топливные элементы, конечно, обычно состоят из водорода), у вас никогда не будет причин беспокоиться об их безопасности. Также они не содержат вредных химических веществ, которые могут нанести вред здоровью человека.
6. Не деградируют.
Водородные топливные элементы способны обеспечить непрерывный источник надежного электричества, в отличие от своих традиционных аккумуляторных аналогов.
7. Очень удобны в использовании.
Одним из больших преимуществ водородных топливных элементов является то, что они также подходят для использования в жилых, транспортных и переносных целях. От них можно ожидать высокой эффективности независимо от масштаба.
8. Они чистые и эффективные при любом размере.
По этой причине технология может быть размещена практически где угодно, включая плотные городские районы, где могут возникнуть проблемы как с перегрузкой, так и с качеством воздуха. Кроме того, распределенное применение этих небольших топливных элементов может повысить безопасность ключевых инфраструктур, таких как системы водоснабжения и связи.
9. Они экологически чистые.
Эти топливные элементы совершенно чистые как вид энергии. Используя водород в качестве топлива, эти элементы не производят выбросов парниковых газов, таких как углекислый газ, и работают на устойчивом и возобновляемом источнике.Это огромное преимущество перед газовыми аккумуляторами для вилочных погрузчиков или свинцово-кислотными аккумуляторами, которые содержат коррозионные кислоты и тяжелые металлы, которые способствуют выбросу углерода.
10. Они гибкие и простые в установке.
Водородные топливные элементы рассматриваются как экономичное решение возросшего спроса на более надежные источники энергии, которые являются гибкими и простыми в установке, что делает весь процесс более доступным для потребителей.
11. Это хороший выбор для альтернативного топлива.
Помимо того, что водородные топливные элементы обычно используются людьми в качестве альтернативного топлива для поездок на короткие расстояния, они также могут эффективно работать с аккумуляторами и другими компонентами транспортного средства бесшумно и безопасно.
12. Они помогают уменьшить глобальное потепление.
Эти элементы не вызывают горения и помогают предотвратить глобальное потепление. Они не содержат элементов, способствующих загрязнению окружающей среды.
13. Они требуют только простого обслуживания.
Учитывая их конструкцию и особенности, эти ячейки легко обслуживаются.
14. Они маленькие и компактные.
В отличие от традиционных батарей, работающих на внутреннем сгорании, водородные топливные элементы маленькие и компактные, поэтому их можно удобно разместить в таких системах, как устройства реформинга топлива и инверторы мощности, которые имеют ограниченное пространство.
15. Не создают шума.
В отличие от традиционных батарей, которые используются в промышленности и транспортных средствах, которые создают шумовое загрязнение, топливные элементы не работают.Учитывая этот атрибут и их повышенную эффективность, они очень широко используются в наши дни в электрических системах в жилых районах и автомобилях.
16. Они помогают снизить экономическую зависимость определенной страны.
Водородные топливные элементы предлагают большие преимущества, например, являются альтернативой строительству новых линий электропередач, а также снижают зависимость от иностранной нефти. они могут обеспечить более надежную подачу электроэнергии там, где она необходима, что делает всю электрическую сеть более надежной и устойчивой.
17. У них богатый источник энергии.
Водород — это ресурс, которого больше по сравнению с бензином, получаемым из нефти, что, в свою очередь, является ограниченным ресурсом. С другой стороны, водород можно найти во многих природных ресурсах, таких как вода, которые безграничны. Это означает, что использование топливных элементов может длиться вечно.
Список минусов водородных топливных элементов
1. Они очень дорогие.
Изначально водородные топливные элементы были чрезвычайно дороги в производстве.Однако, как и в случае с другими новыми технологиями, их стоимость снизится до уровня цен, доступного обычным потребителям при массовом производстве. Сейчас мы находимся в переходном периоде, когда многие производители топливных элементов инвестируют буквально сотни миллионов долларов в подготовку к массовому производству и в то же время пытаются осваивать различные рынки для такой продукции. Хотя цена этих элементов рассматривается как большой недостаток, сейчас все меняется.
2.Их можно просто использовать в поездках на короткие расстояния.
Поскольку эти источники энергии не содержат большого количества топлива, вы можете просто использовать их на некоторое время в ближайших местах.
3. На данный момент поставки отсутствуют, а доставка от побережья до побережья недоступна.
В настоящее время еще нет водородной инфраструктуры, которая могла бы обеспечивать доставку водородного топлива от побережья к берегу. Другие технологии разрабатываются для обеспечения альтернативных способов хранения и доставки топлива, таких как SOFC, MCFC и PAFC, которые могут внутренне преобразовывать природный газ, обеспечивая идеальное решение для промышленного использования.Однако MCFC и PAFC слишком велики для использования дома и в транспорте, и SOFC все еще требует много времени для дальнейшего развития.
Для PEM и AFC они могут использовать устройства реформинга топлива для преобразования углеводородов, таких как природный газ и бензин, в водород, но эта технология, как считается, снижает общую эффективность топливных элементов, хотя они по-прежнему выделяют небольшие количества загрязняющих веществ. Кроме того, решения по хранению и преобразованию топлива на борту находятся в процессе разработки, но для их совершенствования требуется много лет.
4. Они не подходят для некоторых марок батарей.
Иногда эти топливные элементы не работают с батареями некоторых марок, что делает их неудобными в использовании.
5. Их нельзя реализовать сразу.
Как указывалось ранее, на то, чтобы усовершенствовать решения для преобразования этих элементов, потребуется много лет, поскольку разработка новых технологий топливных элементов все еще находится в переходном периоде.
6. Чувствительны к перепадам температуры.
Полимерные обменные мембраны, которые используются в водородных топливных элементах, не могут работать при температурах выше 100 градусов Цельсия. Устойчивость к высоким температурам является обязательным условием для этих источников питания, чтобы также повысить их устойчивость к примесям. С учетом сказанного, долговечность является фактором, над которым необходимо работать, поскольку в настоящее время они имеют тенденцию к ухудшению при использовании в очень горячих процессах.
7. Они используют сложную инфраструктуру.
Основная проблема водородных топливных элементов — это инфраструктура, необходимая для их создания.Они работают на водороде, а заправочные станции, трубопроводы, грузовые автомобили и водородные установки слишком сложны и дороги.
8. Их нельзя удобно хранить.
Транспортные средства, работающие на водороде, безопасны для окружающей среды, но некоторые параметры, такие как хранение, затраты на инфраструктуру транспортного средства, вес транспортного средства и меры безопасности, все еще могут быть в разработке. Кроме того, их запас необходимо постоянно пополнять, чтобы они могли работать.
9.Им не хватает прочности.
Как упоминалось ранее, водородные топливные элементы невероятно чувствительны к высоким температурам и загрязнению со стороны внешних элементов, а это означает, что они могут легко перегреться, выйти из строя и выйти из строя, чем батареи других технологий.
Заключение
Прежде чем рассматривать возможность использования водородных топливных элементов, важно взвесить их за и против. Передовые технологии могут значительно помочь в разработке гибких, устойчивых, эффективных и портативных альтернативных источников энергии, а промышленность топливных элементов существует уже довольно давно.Однако из-за огромных затрат, которые это влечет за собой, не многие отрасли и компании готовы рискнуть.
Итак, если вы действительно заинтересованы в использовании водородных топливных элементов, вы должны сначала провести некоторую оценку ваших потребностей и требований. Отсюда вы можете рассчитать затраты, которые вам, возможно, придется потратить, и потенциальные выгоды, которые вы собираетесь получить. Прежде чем сделать окончательный выбор, взвесьте достоинства и недостатки этой молодой технологии.
Об автореБрэндон Миллер получил B.А. из Техасского университета в Остине. Он опытный писатель, написавший более ста статей, которые прочитали более 500 000 человек. Если у вас есть какие-либо комментарии или сомнения по поводу этого сообщения в блоге, свяжитесь с командой Green Garage здесь.
Водородные топливные элементы Плюсы и минусы
Топливные элементы сегодня являются одними из самых чистых источников энергии, которые большинство людей использует для своих автомобилей. Собственно, это альтернативное топливо всей автомобильной мобильной технике. Он преобразует кислород и водород в электричество, которое заряжает батареи.Он бывает разных категорий, таких как PACF (фосфорная кислота), MCFC (расплавленный карбонат), PEM (протонообменная мембрана), AFC (щелочные топливные элементы) и SOFC (твердооксидные элементы). С помощью этой альтернативы многие люди получают полезные преимущества, но, несмотря на то, что она дает преимущества, она также имеет недостатки.
Плюсы и минусы водородных топливных элементов — очень интересная информация для тех, кто часто их использует, и даже для тех, кто желает узнать об этом больше.
7 преимуществ водородных топливных элементов
Вот преимущества водородных топливных элементов:
1.Полезно
Некоторые люди, путешествующие на короткие расстояния, предпочитают использовать это топливо вместо топлива, предлагаемого на заправочных станциях.
2. Безопасный и эффективный
Поскольку он не содержит углерода и обычно состоит из кислорода и водорода, у вас никогда не будет причин беспокоиться о его безопасности. Он не содержит вредных химикатов, которые могут нанести вред вашему здоровью.
3. Чистота
Топливо с водородными элементами является чистым, и в нем есть проверенные элементы, которые позволят вам испытать безопасное и беззаботное путешествие с самого момента, когда вы начнете использовать его в автомобиле.
4. Используется как альтернативное топливо
Обычно используется большинством людей в качестве альтернативного топлива для поездок на короткие расстояния. Он также может эффективно и безопасно работать с батареями и другими частями автомобиля.
5. Уменьшение выбросов парниковых газов
Он также может удалять парниковые газы, которые вносятся в результате загрязнения. Он не содержит элементов, которые могут способствовать загрязнению окружающей среды.
6. Простое обслуживание
Обеспечивает доступное и простое обслуживание автомобильных запчастей.
7. Снижение экономической зависимости
Некоторые дистрибьюторы предлагают это по доступной цене.
4 минуса водородных топливных элементов
Однако водородные топливные элементы могут вызывать такие проблемы, как:
1. Короткое расстояние
Поскольку он не содержит большого количества топлива, вы можете использовать его только для поездок на короткие расстояния.
2. Дорого
Материалы и некоторые элементы, которые используются при его производстве, дорогие, поэтому некоторые компании предлагали его по более высокой цене.
3. Ограниченный
Сегодня только несколько стран рассматривают возможность использования водородных топливных элементов, поскольку их источники обычно ограничены.
4. Не подходит для некоторых марок батарей
Бывают случаи, когда она не работает с некоторыми марками батарей, что иногда делает ее неудобной в использовании.
Как вы относитесь к водородным топливным элементам?
Водородные топливные элементы также полезны для людей, но из-за их недостатков некоторым людям не рекомендуется их использовать.Иногда это вызывает экономические проблемы. Несмотря на то, что у него есть недостатки, тем не менее, есть люди, которые используют его из-за надежных преимуществ и высокой производительности, которые он может дать. Кстати, что вы можете сказать по этому поводу?
Водород
Водород (H 2 ) может приводить в движение легковые автомобили двумя способами.
- Транспортные средства на топливных элементах (FCV) превращают водород и кислород из воздуха в электричество, приводя в действие электродвигатель.
- Может также сжигаться в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).
Потенциальные преимущества использования водорода для окружающей среды и энергетической безопасности значительны. Однако прежде чем его можно будет широко использовать, необходимо преодолеть несколько проблем.
Преимущества
отечественного производства. Водород можно производить внутри страны из нескольких источников, что снижает нашу зависимость от импорта нефти.
экологически чистый.FCV не производят загрязнителей воздуха или парниковых газов, а при сжигании водорода в ICE образуются только оксиды азота (NOx). Некоторые методы производства водорода могут вызывать загрязнение воздуха и парниковые газы. Однако их обычно намного меньше, чем у автомобилей с бензиновым двигателем.
Вызовы
Наличие. Водород доступен только на 44 общественных станциях, в основном в Калифорнии. Однако в будущем планируется открыть больше заправочных станций.
Стоимость и доступность автомобиля.FCV стоят дороже, чем обычные автомобили, но затраты снижаются. Тем не менее, в настоящее время для продажи или аренды доступно лишь несколько моделей.
Бортовой топливный склад. Водород содержит гораздо меньше энергии на единицу объема, чем бензин или дизельное топливо.