logo1

logoT

 

Как работает двигатель на водородном топливе


Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

Автомобили с водородными двигателями называют главными конкурентами электрокаров. Но у технологии пока что немало минусов, и, например, основатель Tesla Илон Маск называет ее «тупой и бесполезной». Прав он или нет?

С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.

Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.

История развития рынка водородных двигателей

Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.

Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.

В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.

В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.

Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].

Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.

В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.

В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.

Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.

Toyota Mirai 2016 года выпуска

Как работает водородный двигатель?

На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.

Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

Схема работы водородного двигателя

По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

Как работает водородный двигатель внутри Toyota Mirai

Где применяют водородное топливо?

  • В автомобилях с водородными и гибридными двигателями. Такие уже выпускают Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
  • В поездах. Первый такой был выпущен в Германии компанией Alstom и ходит по маршруту Букстехуде — Куксхафен;
  • В автобусах: например, в городских низкопольных автобусах марки MAN.
  • В самолетах. Первый беспилотник на водороде выпустила компания Boeing, внутри — водородный двигатель Ford;
  • На водном транспорте. Siemens выпускает подводные лодки на водороде, а в Исландии планируют перевести на водородное топливо все рыболовецкие суда;
  • Во вспомогательном транспорте. Водород используют в электрокарах для гольфа, складских погрузчиках, сервисных автомобилях логистических компаний и аэропортов;
  • В энергетике. Электростанции мощностью от 1 до 5 кВт, работающие на водороде, могут обеспечивать теплом и энергией небольшие города и отдельные здания. Например, после аварии на Фукусиме в 2018 году Япония активнее начала переходить на водородную энергетику [9], планируя перевести на водород 1,4 млн электрогенераторов;
  • В смесях с обычным топливом. Например, с дизельным или газовым — чтобы удешевить производство.

Плюсы водородного двигателя

  • Экологичность при использовании. Водородный транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид углерода;
  • Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;
  • Бесшумная работа двигателя;
  • Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электрокарами;
  • Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть, запасы которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в нескольких странах. Это позволяет нефтяным государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно для развитых экономик.

Минусы водородного двигателя

  • Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1 [10], а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
  • Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
  • Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых [11]. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.
  • Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз [12], из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения.

Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели и легко воспламеняется. Если он заполнит собой весь капот и салон автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили

Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.

Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.

Водородный транспорт в России

В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.

В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.

Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.

Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».

В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.

Перспективы технологии

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.

Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.

С одной стороны, в Европе Toyota Mirai II стоит несколько дешевле, чем Tesla Model S (€64 тыс. против €77 тыс.) [18]. Полная зарядка водородного автомобиля занимает около 3 минут — против 30-75 минут для электрокара. Однако вся разница — в обслуживании: Toyota Mirai вмещает 5 кг водородного топлива [19] по цене $8-9 за кг. Таким образом, полный бак обойдется в $45, и его хватит на 500 км — получаем около $9 за 100 км пробега. Для Tesla Model S те же 100 км обойдутся всего в $3.

Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.

Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.

Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].

Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:

  1. Лобби со стороны развитых государств: в США [22], ЕС [23], Японии [24], России [25] и других странах приняты законы в поддержку экологичного транспорта.
  2. Удешевление аккумуляторов: согласно исследованию Bloomberg New Energy Finance, за последние десять лет цены на литий-ионные аккумуляторы упали с $1200 до $137 за кВт·ч.
  3. Развитие инфраструктуры: специальные электрозарядные станции и зарядки в крупных бизнес-центрах, на парковках ТЦ и аэропортов.

Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.

Согласно прогнозу Markets&Markets [28], к 2022 году объем мирового производства водорода вырастет со $115 до $154 млрд. Остается главный вопрос: как быть с инфраструктурой? Чтобы водородные двигатели стали массовыми, нужны сети заправок, трубопроводы для топлива, отлаженные логистические цепочки. Все это пока только зарождается. Но и тут есть позитивные сдвиги: например, канадская Ballard Power по заказу китайского Министерства транспорта запустила пилотный проект, в рамках которого водородное топливо можно будет заливать в обычные АЗС.

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. Батарея нужна только в качестве буфера для хранения энергии, получаемой при рекуперативном торможении и для быстрого холодного старта.

Потому 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.

Серьезный недостаток — энергетическая эффективность. Если использовать водород 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 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 на водородном топливе и бензине. Владелец данного автомобиля не будет зависеть от наличия на заправке водородного топлива.

Лет через десять, когда количество водородных заправок в Европе возрастет, тогда водородомобили получат жизнь. Пока реалии не радуют. 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.

Двигатель внутреннего сгорания на водороде: устройство и принцип работы

Как известно, поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет как плюсы, так и целый ряд определенных недостатков. Прежде всего, глобальной проблемой является токсичный выхлоп бензиновых и дизельных ДВС, а также постоянная потребность в нефтяном топливе. Не сильно меняется ситуация и после перевода автомобиля на газ, так как установка ГБО также не решает всех задач.

С учетом данных особенностей постоянно ведутся разработки альтернативных вариантов. Сегодня реальным конкурентом ДВС является электродвигатель. При этом относительно небольшой запас хода, высокая стоимость аккумуляторных батарей и всего электрокара (электромобиля) в целом, а также отсутствие развитой инфраструктуры по ремонту и обслуживанию таких машин закономерно тормозит их популяризацию.

По этой причине автопроизводители постоянно работают над тем, чтобы получить «безвредный» для окружающей среды и относительно дешевый в производстве силовой агрегат, который при этом не будет нуждаться в дорогом топливе.

Среди подобных двигателей следует отдельно выделить водородный ДВС, который вполне может заменить существующий на сегодня дизельный или бензиновый мотор, причем в обозримой перспективе. Давайте рассмотрим, как работает водородный двигатель, какую конструкцию имеет подобный мотор и в чем заключаются его особенности.

Содержание статьи

История создания водородного двигателя

Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.

Во времена Второй мировой войны, когда возникли сложности с поставками нефтяного топлива, техник из СССР Борис Исаакович Шелищ, который был родом из Украины, заложил основы российской водородной энергетики. Он также предложил использовать смесь водорода и воздуха в качестве горючего  для ДВС, после чего его идеи быстро нашли практическое применение. В результате появилось около полутысячи двигателей, работавших на водороде.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.

Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).

Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.

Работа двигателя на водороде: особенности водородного ДВС

Начнем с того, что двигатель внутреннего сгорания на водороде по своей конструкции не сильно отличается от обычного ДВС. Все те же цилиндры и поршни, камера сгорания и сложный кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно поступательного движения в полезную работу.

Единственное, в цилиндрах сгорает не бензин, газ или солярка, а смесь воздуха и водорода. Также нужно учитывать и то, что способ подачи водородного топлива, смесеобразование и воспламенение также несколько другой по сравнению с аналогичными процессами в традиционных аналогах.

Прежде всего, горение водорода по сравнению с нефтяным топливом отличается тем, что водород сгорает намного быстрее. В обычном двигателе смесь бензина или солярки с воздухом заполняет камеру сгорания тогда, когда поршень почти поднялся в ВМТ (верхняя мертвая точка), затем топливо какое-то время горит и уже после этого газы давят на поршень.

На водороде реакция протекает быстрее, что позволяет сдвинуть наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Также после того, как протекает реакция, результатом становится обычная вода вместо токсичных выхлопных газов. Как видно, на первый взгляд стандартный двигатель относительно легко подстроить под водородное топливо путем доработок впуска, выпуска и системы питания, однако это не так.

Первая проблема заключается в том, как получать необходимый водород. Как известно, водород находится в составе воды и является распространенным элементом, однако в чистом виде практически не встречается. По этой причине для максимальной автономности на транспортное средство нужно отдельно ставить водородные установки, чтобы «расщеплять» воду, позволяя мотору питаться необходимым топливом.

Идея кажется привлекательной. Более того, можно даже обойтись без наружного воздуха на впуске и создать закрытую топливную систему. Другими словами, после каждого раза, когда в камере сгорит заряд, в цилиндре будет оставаться водяной пар. Если этот пар пропустить через радиатор, произойдет конденсация, то есть снова образуется вода, из которой можно повторно получить водород.

Однако чтобы этого добиться, на автомобиле должна стоять установка для электролиза (электролизер), которая и будет отделять водород от воды, чтобы затем получить нужную реакцию с кислородом в камере сгорания. На практике установка получается сложной и дорогой, а создать такую закрытую систему довольно сложно.

Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания независимо от типа топлива все равно нуждается в системе смазки, чтобы защитить нагруженные узлы и трущиеся пары. Если просто, без моторного масла никак не обойтись. При этом масло частично попадает в камеру сгорания и затем в выхлоп. Это значит, что полностью изолировать топливную систему на водороде (не использовать наружный воздух) практически нереализуемая задача.

По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания больше напоминают газовые двигатели, то есть агрегаты на газе пропане. Чтобы использовать водород вместо пропана, достаточно изменить настройки такого ДВС. Правда, КПД на водороде несколько снижается. Однако и водорода нужно меньше, чтобы получить необходимую отдачу от мотора. При этом никаких установок для автономного получения водорода не предполагается.

Что касается попытки подать водород в обычный бензиновый или дизельный двигатель, автоматически возникают риски и сложности. Прежде всего, высокие температуры и степень сжатия могут привести к тому, что водород будет вступать в реакцию с нагретыми элементами ДВС и моторным маслом.

Также даже небольшая утечка водорода может стать причиной того, что топливо попадет на разогретый выпускной коллектор, после чего может произойти взрыв или пожар. Чтобы этого не случилось, для работы на водороде чаще задействуют  роторные двигатели. Такой тип ДВС больше подходит для этой задачи, так как их конструкция предполагает увеличенное расстояние между впускным и выпускным коллектором.

Так или иначе, даже с учетом всех сложностей, ряд проблем удается обойти не только на роторных, но даже и на поршневых моторах, что позволяет водороду считаться достаточно перспективной альтернативой бензину, газу или солярке. Например, экспериментальная версия модели BMW 750hL, которую представили в 2000 году, имеет водородный двигатель на 12 цилиндров. Агрегат успешно работает на таком горючем и способен разогнать автомобиль до скорости около 140 км/час.

Правда, никаких отдельных установок для получения водорода из воды  на машине не имеется. Вместо этого стоит особый бак, который просто заправлен водородом. Запас хода  на полном баке водорода составляет около 300  км. После того, как водород закончится, двигатель в автоматическом режиме начинает работать на бензине.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной).  Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода.  В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Такая реакция образует воду,  при этом электроны из камеры с анодом поступают в электрическую цепь. Указанная цепь подключена к двигателю. Простыми словами, образуется электричество, которое заставляет двигатель работать от такого водородного топливного элемента.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. В результате конечная стоимость транспорта с таким двигателем сильно возрастает.

Водородный двигатель: дальнейшие перспективы

Сегодня над созданием экологичных двигателей трудятся многие компании. Некоторые идут по пути создания двигателей-гибридов, другие делают ставку на электромобили и т.д. Что касается водородных установок, в плане экологии и производительности данный вариант также может в ближайшее время составить конкуренцию ДВС на бензине, газе или дизтопливе.

Водородные двигатели показали себя несколько лучше, чем самые продвинутые электрокары. Например, японская модель Honda Clarity. Единственное, остался такой недостаток, как способы  и возможности заправки. Дело в том, что инфраструктура водородных заправочных станций не особенно развита, причем в мировом масштабе.

Также не особенно большим является и сам выбор водородных  легковых авто. Кроме Honda Clarity можно разве что упомянуть Mazda RX8 Hydrogen, а также BMW Hydrogen 7. Фактически это автомобили-гибриды, которые работают на жидком водороде и бензине. Еще можно добавить в список Mercedes GLC F-Cell. Эта модель имеет возможность подзарядки от бытовой сети электропитания и позволяет пройти до 500 км. на одном заряде.

Дополнительно стоит отметить модель Toyota Mirai. Автомобиль работает только на водороде, одного бака хватает на 600 км. Водородные двигатели еще встречаются на отечественной модели «Нива», а также устанавливаются корейцами на специальную версию внедорожника Hyundai Tucson.

Как видно, с двигателем на водороде активно экспериментируют многие производители, однако такое решение все равно имеет много недостатков. При этом некоторые минусы сильно мешают массовой популяризации.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель GDI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях, принципах работы, а также преимуществах и недостатках моторов данного типа.

Прежде всего, это безопасность и сложность транспортировки такого топлива. Важно понимать, что водород  весьма горюч и взрывоопасен даже при относительно невысоких температурах. По этой причине его сложно хранить и перевозить. Получается, необходимо строить особые водородные резервуары для  авто с данным типом двигателя. Как результат, на практике водородных заправок очень мало.

К этому также можно добавить определенную сложность и высокие расходы на ремонт и обслуживание водородного агрегата, а также необходимость в подготовке и обучении большого количества высококвалифицированного персонала. Если же говорить о самом авто на водороде и его эксплуатационных характеристиках, наличие водородной установки делает машину более тяжелой, закономерно ухудшается управляемость.

Подведем итоги

Как видно, сегодня водородные автомобили и двигатель на воде можно считать вполне реальной альтернативой не только привычным ДВС, которые используют нефтяное топливо, но и электрокарам.

Прежде всего, такие установки менее токсичны, при этом они не нуждаются в дорогостоящем топливе на основе нефти. Также автомобили с водородным двигателем имеют приемлемый запас хода. В продаже имеются и гибридные модели, использующие как водород, так и бензин.

Что касается недостатков и сложностей, машина с водородным двигателем сегодня имеет высокую стоимость, а также могут возникать проблемы с заправкой топливом по причине недостаточного количества заправочных станций. Не стоит забывать и о том, что также не просто найти специалистов, которые способны качественно и профессионально обслужить водородную силовую установку. При этом обслуживание будет достаточно затратным.

Напоследок отметим, что активное строительство трубопроводов для перекачки газа метана обещает в дальнейшей перспективе возможность перекачки по этим же трубопроводам и водорода. Это значит, что в случае роста общего числа авто с водородными двигателями, также высока вероятность быстрого увеличения количества специализированных заправочных станций.

Читайте также

как работают водородные автомобили и когда они появятся на дорогах / Хабр

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.

Toyota TM поручила Yamaha Motor разработать двигатель на водородном топливе, а президент последней з

Toyota $TM поручила Yamaha Motor разработать двигатель на водородном топливе, а президент последней заявил, что его компания предана двигателю внутреннего сгорания. Yamaha заявила, что 5,0-литровый двигатель V8 будет разработан для автомобилей и основан на двигателе, используемом Lexus RC F coupe, с изменениями, внесенными в его головки цилиндров и форсунки. Агрегат способен выдавать до 450 лм при 6800 об/мин. Компания заявила, что работает над водородным двигателем для автомобилей примерно 5 лет. Президент Yamaha Motor Йошихиро Хидака сказал, что, хотя его компания стремится достичь углеродной нейтральности к 2050 году, у нее также есть “сильная страсть и преданность двигателю внутреннего сгорания”. “Водородные двигатели обладают потенциалом нейтрализации выбросов углерода, сохраняя при этом нашу страсть к двигателям внутреннего сгорания”, - продолжал Хидака. Идея питания двигателя внутреннего сгорания водородом не нова. Toyota уже разработала GR Yaris, который имеет 1,6-литровый двигатель и использует водород в качестве топлива. Такие фирмы, как BMW [email protected] , также выпускали такие автомобили, как BMW Hydrogen 7. По данным немецкого автопроизводителя, в нем использовался двигатель внутреннего сгорания, и он мог работать на бензине или жидком водороде. Использование водорода для питания двигателя внутреннего сгорания отличается от технологии водородных топливных элементов, где газ из бака смешивается с кислородом, производя электричество. Как отмечает Центр обработки данных Министерства энергетики США по альтернативным видам топлива, транспортные средства на топливных элементах выделяют “только водяной пар и теплый воздух”. Водородные ДВС же производят выбросы - ничтожные количества CO2, но могут производить оксиды азота или NOx. В то время как потенциал автомобилей на водородных топливных элементах вызывает восторг, и такие компании, как Hyundai, BMW и Toyota, разработали автомобили на основе этой технологии, другие представители отрасли придерживаются другой точки зрения. В июне 2020 года генеральный директор Tesla $TSLA Илон Маск написал в твиттере “fuel cells = fool sells” ( пер. “топливные элементы = продает дурак”), добавив в июле того же года, что продажа автомобилей на водородных элементах не имеет смысла. В феврале 2021 года генеральный директор немецкой Volkswagen Group [email protected] также высказался по этому вопросу. “Политикам пора принять науку”, - написал Герберт Дисс в своем твиттере. “Зеленый водород необходим для производства стали, химической промышленности, авиации и не должен попадать в автомобили. Слишком дорого, неэффективно, медленно и сложно внедрять и транспортировать. В конце концов: никаких водородных автомобилей.” Лайк-подписка, чтобы ничего не пропустить) Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией.

опасно или выгодно?, утилизация автомобилей и машин, #утилизация

С поисками все новых альтернативных источников топлива человечество логично пришло к использованию водорода в двигателях внутреннего сгорания. Самыми известными моделями на водородном топливе, выпускаемыми в наши дни, являются:

  • Honda FCX Clarity;
  • Mercedes-Benz F-Cell;
  • Toyota Mirai;
  • BMW 7 Hydrogen;
  • Mazda RX-8 Hydrogen.

Казалось бы, это решение может распространиться смело и на другие концерны, решив проблему нефтяного кризиса. Однако водород – во-первых, не единственная, а во-вторых, не самая безопасная альтернатива. Недаром электромобили вроде Tesla сейчас выигрывают партию.

Знаете ли вы? Что первый ДВС на водородном топливе изобрел француз де Риваз в 1806 году. А в период Ленинградской блокады, когда не было бензина, гениальные конструкторы переделали двигатели более, чем 500 транспортных средств под водород, и те работали без отказа до конца блокады.

Плюсы водородного топлива

Согласно исследованиям, водород понижает номинальную мощность мотора почти на 80%, однако если исправить под него систему зажигания, водород, наоборот, повысит ее мощность на 18%. И в этом плюс: изменения, которые вносятся в конструкцию автомобиля, небольшие и недорого стоящие.

Второе преимущество – неоспоримая экологическая чистота топлива. Когда Toyota презентовала свой последний «водородный» автомобиль, один из журналистов демонстративно сделал несколько глотков выхлопов, которые после водорода выходят жидкими. Следовательно, планете подобные автомобили вредят гораздо меньше.

Наконец, доступность водорода говорит в его пользу: это топливо можно получать даже из компоста, канализационных вод, биомусора. То есть, не нужно платить нефтяникам.

Есть ли минусы?

Опасность довольно большая состоит в том, что водород – один из самых легких газов, который в чистом виде без удержания просто улетит в верхние слои атмосферы. Поэтому его связывают в виде воды или метана, и уже внутри двигателя высвобождают. Этот процесс делает более дорогой технологию, да и стоимость сжиженного водорода, которая колеблется от 2 до 8 евро.

Пока что ни у нас, ни в Европе нет достаточного количества водородных заправок. Во многом это обусловлено низкой рентабельностью. А также тем, что стоит чистому водороду просочиться сквозь любую щель, он превращается в гремучий легко взрываемый газ. Для его воспламенения достаточно в 10 раз меньше энергии, чем для воспламенения бензина. Горит водород неярко, его сложно сразу заметить, но задохнуться ядовитыми газами очень просто. Так вывод – пока что водородные ДВС слишком дороги и для кошелька, и для здоровья человека.

Заработать на водороде – Коммерсантъ Санкт-Петербург

Внедрение водородного топлива — перспективное направление и для России, и для всего мира: оно является более технологичным и экологичным. Популяризация подобных технологий связана с рядом существенных ограничений — высокой ценой топлива, необходимостью новых технологических решений для его хранения и транспортировки, а также с развитием инфраструктуры для обслуживания автомобилей. Эксперты отмечают, что экономическая выгода водородного топлива по сравнению с остальными пока неочевидна.

В начале ноября Смольный сообщил, что в Петербурге может появиться каршеринг на водородном топливе. Соответствующий проект рассматривается городом, Минпромторгом РФ и компанией Hyundai. По словам вице-губернатора Петербурга Евгения Елина, городское правительство намерено «забежать вперед и посмотреть, как это будет работать», организовав эксплуатацию таких автомобилей. Впрочем, конкретных сроков названо не было, равно как и подробностей запуска данного проекта, касающихся потенциального оператора каршеринга и количества таких машин.

Как пояснили BG в Минпромторге РФ, речь идет о развитии нового для нашей страны направления — использования, а в будущем и создания транспорта, работающего на водородном топливе. При этом «Каршеринг на водородном топливе» может стать одним из пилотных проектов, реализуемых в мегаполисах. В ведомстве также отметили, что поставщиками водородного топлива могут стать «Газпром» и «Росатом».

Найти отличия

Для начала стоит разделить два направления использования водорода в качестве топлива. «Первый — это применение его в качестве именно топлива для двигателей внутреннего сгорания. Этот вариант старше, чем использование бензина или дизельного топлива, причем почти на век. Прообраз такого двигателя появился еще в 1806 году»,— говорят эксперты «Авито Авто». С двигателями подобного типа создавали легковые модели Mazda (причем в этом случае двигатель роторный и двухтопливный), BMW (тоже двухтопливная схема), Audi, Ford, Hyundai, Toyota, Honda — и это далеко не полный список. В настоящее время в этом направлении (но не единственном и не наиболее приоритетном) работает и производитель грузовиков и автобусов MAN. Кроме того, имели место и российские, и даже еще советские разработки, отмечают эксперты. «Одним словом, это просто одна из ветвей развития современных двигателей. Как для легковой, так и для грузовой техники, для железнодорожных локомотивов и даже для авиации»,— заключают они.

Второе направление — относительно новое и считающееся одним из наиболее перспективных — это водородные топливные элементы, то есть системы, позволяющие использовать водород во взаимодействии с кислородом (без процесса горения) для генерации электроэнергии непосредственно на борту автомобиля. «В автомобиле с водородным двигателем, как правило, есть два бака — с водородом и воздухом, при смешивании которых выделяется электричество. Его можно использовать непосредственно для питания электродвигателя»,— рассказывает Роман Абрамов, исполнительный директор «СберАвто», добавляя, что это прекрасная на первый взгляд технология, не требующая масла, поршней, двигательных элементов, не наносящая вред окружающей среде. «Водородные топливные элементы действительно достаточно перспективны. Подобные разработки — как экспериментальные, так и серийные — также имеют многие производители, среди них Toyota, Hyundai, Mercedes, Opel, Honda, Volkswagen»,— добавляют эксперты «Авито Авто». Пионером в этой области можно назвать компанию Toyota, которая несколько лет назад представила автомобиль Toyota Mirai. «Это не концепт, а работающий продукт, который можно увидеть на улицах Японии и, думаю, в других развитых азиатских стран»,— говорит господин Абрамов. Кроме того, BMW совместно с Toyota ведет разработки для своих авто, развивают это направление Honda и Hyundai. «Какие-то попытки совершают многие производители, у Lada была "Нива" на водородном топливе. Тем не менее пока у всех, кроме Toyota, это остается на уровне экзотики и прототипов»,— указывает он.

Некоторые эксперты автоиндустрии считают, что водородный двигатель применим в первую очередь в транспортных средствах, предназначенных для коммерческого использования (например, машины такси, грузовые автомобили). В частности, такой позиции придерживается глава концерна Volkswagen Герберт Дис. «VW сделал выбор в пользу производства электромобилей, и, как отмечал Герберт Дис, одна из причин — в том, что водородный двигатель обладает большим потенциалом для использования в грузовом транспорте, чем для оснащения персональных легковых автомобилей. Одна из возможных причин такой позиции — то, что машина на водородном топливе в производстве дороже, чем авто с электрическим двигателем»,— объясняют в «Авито Авто».

Преимущества и недостатки

Необходимость перехода на водородное топливо обусловлено и климатическими, и экологическими требованиями. «В 2019 году наша страна подписала Парижскую конвенцию по климату, которая предусматривает разработку технических решений по переходу на экологические виды топлива, так называемое "зеленое" топливо. Россия имеет высокий потенциал для производства экологически чистого водорода. К 2030 году стоимость водорода станет сопоставима со стоимостью традиционных источников энергии, но в настоящее время использование "зеленого" топлива до конечного потребителя затруднительно, в том числе с финансовой точки зрения»,— замечает ректор БГТУ «Военмех» им.  Устинова Константин Иванов. При этом, по его словам, переход транспортной системы Петербурга на «зеленое» топливо потребует колоссальных инвестиций и глобальных инфраструктурных решений.

Водородное топливо — гораздо более технологичный и экологичный вид топлива, оно обеспечивает бесшумную работу, малый расход, а также полную экологичность по причине выбросов водяного пара. Такие автомобили можно очень быстро заправлять — едва ли не быстрее, чем бензиновые или дизельные, что является существенным плюсом на фоне длительной зарядки аккумуляторов. Кроме того, автомобили на топливных элементах имеют лучший запас хода.

Среди недостатков эксперты отмечают сложность и дороговизну получения водорода как топлива: в случае получения его из природных газов не снижаются углеродные эмиссии, а в случае электролиза — необходимо большое количество редкоземельных и драгоценных металлов для установки. «Однако как показало время, если развивать любую технологию, можно достичь снижения стоимости, как это было с литий-ионными батареями, стоившими сначала целое состояние»,— говорит Александр Багрецов, руководитель проектов направления «Оценка и финансовый консалтинг» группы компаний SRG.

По словам директора по административно-хозяйственной деятельности ООО «Байкал-Сервис ТК» Александра Разина, для использования водорода в качестве топлива потребуются не только энергоресурсы для его производства, но и развитая инфраструктура хранения и транспортировки — трубопроводы, железнодорожные цистерны, морские танкеры, автозаправки. «Как известно из химии, водород очень летуч и взрывоопасен. Хранение, транспортировка или использование водорода потребуют наличия высокочувствительных газоанализаторов, сверхпрочных материалов. К примеру, существующая технология водородно-воздушных топливных элементов, которая уже используется на автомобилях Honda, Toyota, Hyundai, пока не показала свою безоговорочную эффективность, так как оборудование довольно тяжелое и габаритное, а вероятность утечки чрезвычайно летучего газа снижает безопасность и требует высочайшего уровня технологий, что, безусловно, влияет на экономику проекта»,— рассуждает господин Разин.

К другим недостаткам можно отнести высокую стоимость машин, которые по своему устройству существенно сложнее бензиновых или электрических, добавляет Дмитрий Мешков, исполнительный директор ООО «Соллерс Инжиниринг». По его словам, в обозримом будущем можно говорить лишь о реализации локальных проектов, таких как создание пассажирского транспорта на водородном топливе для крупных и богатых городов. «Однако и тут не все просто, поскольку у таких автомобилей нет очевидных преимуществ перед электрическими»,— добавляет он.

По словам вице-президента Независимого топливного союза Дмитрия Гусева, практика показывает, что рост транспорта с альтернативными двигателями возможен только при создании достаточной инфраструктуры. А на стартовом этапе развитие инфраструктуры — это долгосрочные инвестиции. «Поэтому первым шагом для развития водородных двигателей будет создание сетей водородных заправок, о чем пока даже упоминания нет в "Энергостратегии-2035"»,— поясняет господин Гусев, предполагая, что в ближайшие пятнадцать лет, если не будет существенных изменений, автомобилей и заправок на водороде не планируется.

Мария Кузнецова

90 000 водородных автомобилей — как они работают? Они делятся на две группы

Водородные двигатели приобретают все большую популярность. С одной стороны, они являются гораздо более экологичной альтернативой сжиганию нефтепродуктов, а с другой стороны, позволяют устранить многие недостатки электродвигателей – тяжелые аккумуляторы с неудобной утилизацией или длительное время зарядки.

Однако стоит знать, что на дорогах можно встретить автомобили, использующие водород в качестве топлива двумя совершенно разными способами.Концепции столь же разнообразны, как - буквально - двигатели внутреннего сгорания и электрические двигатели. Более того, именно об этих двух типах водородных двигателей мы и поговорим.

Водородный двигатель внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания известны нам уже много десятилетий.От дизельных двигателей до двигателей с искровым зажиганием, работающих на бензине, сжиженном или сжатом природном газе. А что если вместо бензина или газа в машину поставить водородный бак? Несколько компаний по всему миру уже разработали первые бензиновые двигатели с газовым зажиганием, работающие на водороде. Это включает Двигатели Toyota, Deutz и Aquarius.

Как и в других двигателях, работающих на газе, будь то LPG или CNG, водород также должен находиться под высоким давлением в баке.Затем он впрыскивается в моторный отсек, где происходит взрыв, и в результате расширения поршень отталкивается назад, раскручивает коленчатый вал и производит вращательное движение, которое затем — в очень короткое время — передается на колеса.

Фото: Тойота Водородный двигатель внутреннего сгорания

Почему в данном случае мы заменили бензин водородом? Как показывают первые тесты Toyota, двигатель (в данном случае 1,6-литровый трехцилиндровый агрегат) работает тише и меньше вибрирует в результате сгорания водорода.Воздействие на окружающую среду также является огромным преимуществом. Как и в случае с природным газом (CNG), известны, например. наши бытовые плиты не выделяют никаких ядовитых или загрязняющих веществ, в том числе двуокиси углерода, в результате сгорания водорода. Теоретически при сгорании водорода с кислородом получается только… вода. Это гораздо более чистое химическое соединение, которое через несколько лет может вытекать из выхлопных труб многих автомобилей по всему миру.

Водородный электродвигатель

Электромобили известны человечеству даже дольше, чем их ДВС-собратья.Это также тип транспортного средства, описываемого как «зеленый», но у многих людей эта экологичность вызывает много сомнений. В первую очередь за счет аккумуляторов, которые кажутся незаменимым элементом электромобилей.

Фото: PGNiG

Производство аккумуляторов недешево и - с утилизацией - тоже покидает свой углеродный мир.Аккумуляторы, как было сказано ранее, также являются ахиллесовой пятой электриков, поэтому многие еще не определились с таким решением. Аккумуляторы тяжелые, они представляют большую опасность при пожаре автомобиля, а их зарядка может занять несколько часов. Если бы можно было исключить их из электромобиля...

Теперь это возможно.По крайней мере несколькими способами. Они менее эффективны, например, подача энергии от солнечных батарей на крыше автомобиля. Из-за низкой эффективности он не используется в коммерческих целях, а только в рамках научных проектов сверхлегких транспортных средств. Второе, гораздо более эффективное и уже широко используемое решение — получение электроэнергии из топливных элементов — мы не храним энергию, приводящую в движение электродвигатель, в батареях, а вырабатываем ее на постоянной основе из того топлива, которое у нас есть в баке.И водород отлично подходит на эту роль. Как это работает?

Фото: Тойота

Схема работы топливных элементов была разработана еще в 1838 году.немецко-швейцарским химиком Кристианом Фридрихом Шёнбейном. Ячейка состоит из двух электродов - катода и анода, разделенных электролитом или электролитической мембраной. Обычно электроды имеют форму науглероженной бумаги с платиновым покрытием в качестве катализатора реакции.

Когда водород поступает в клетку, он окисляется и, следовательно, отдает электроны, что, в свою очередь, приводит к образованию катионов водорода.На катоде кислород реагирует с электронами, восстанавливаясь до анионов кислорода. Мембрана внутри позволяет протонам течь от анода к катоду, блокируя при этом другие ионы, в том числе образовавшиеся анионы кислорода. Достигнув катода, катионы водорода реагируют с этими анионами оксида с образованием воды, а электроны от анода достигают катода через электрическую цепь, производя энергию. Короче говоря, клетка расщепляет водород на катионы и анионы. Первые свободно проходят через звенья, а вторые должны найти свой путь.В этом случае он проходит через цепь, где генерируется напряжение.

Фото: Тойота

Однако до 1960-х годов водородные элементы не использовались широко.В 1980-х годах они стали частью космических аппаратов НАСА, включая Gemini 5 и программу Apollo. Они не только производили электроэнергию в космосе, но и использовали побочный эффект — питьевую воду, получаемую в процессе выработки электроэнергии.

Преимуществ у этого решения как минимум столько же, сколько у аккумуляторных электромобилей, и тут тоже все связано с отсутствием аккумуляторов.Кроме того, водородный бак очень легкий. Более 120 литров сжатого газообразного водорода могут весить (в зависимости от давления) всего около 5 кг.

Фото: Тойота

К сожалению, есть и недостатки.Самое большое — помимо доступности и цены на водород — это рабочая температура. И хотя в настоящее время применяются низкотемпературные элементы, работающие в диапазоне от нескольких десятков до 250 градусов Цельсия, «прогревать» двигатель перед его пуском необходимо. Это означает ожидание от нескольких до нескольких секунд перед запуском, в зависимости от поколения и модели двигателя с водородным элементом. К счастью, все новые и новые модели снижают эти требования, поэтому есть много указаний на то, что вскоре двигатели с водородными элементами будут запускаться «на месте».

Будущее за водородом?

Самой большой проблемой, по крайней мере, в Польше, остается низкая популярность водорода.Его проще всего купить в Германии, где мы будем платить около 40 злотых за килограмм. В случае с Toyota Mirai, одной из немногих потребительских моделей с водородными элементами, 1 кг водорода достаточно, чтобы проехать около 100 км. Так что цена сравнима с бензиновым автомобилем, сжигающим около 7 литров на 100 км. Резервуары Mirai вмещают чуть более 5 кг водорода, поэтому на одной заправке они позволят проехать около 500 км.

Есть ли вообще в Польше водородные заправочные станции? Пока их 11 - в Варшаве, Познани, Ломже, Гданьске, Гдыне, Конине и Ястшембе-Здруй, но большинство из них обслуживают только автобусы общественного транспорта, которые в водородных версиях известны с улиц польских городов за несколько лет.Первые «гражданские» станции находятся в Гданьске и Варшаве.

Фото: Пейсмен / Shutterstock Водородный автобус

Независимо от того, говорим ли мы об электрических автомобилях или автомобилях с двигателем внутреннего сгорания, водород кажется решением будущего.Он решает одновременно два самых насущных вопроса — экологию, которой не хватает в автомобилях с ДВС, и удобство, на которое можно пожаловаться при эксплуатации электромобилей.

Однако надо иметь в виду, что водород тоже надо производить, который неравнодушен к окружающей среде, да и цена пока не очень обнадеживает, но есть много указаний на то, что ближайшие несколько лет могут многое изменить в этом вопросе .

.

Водородный двигатель: как это работает и почему он такой экологичный?

Водородный двигатель: как он работает? Все больше и больше говорят о водородных автомобилях. Но для чего именно им нужен этот водород?

Водородный двигатель: откуда взялась эта идея?

Трудно представить жизнь 21 века без автомобиля. Тем не менее экология требует от нас, чтобы автомобили наносили как можно меньший вред окружающей среде. Идеал? Электромобиль – не выбрасывает в атмосферу никаких загрязняющих веществ.Однако с электрикой есть серьезная проблема, и она касается зарядки. Как этого избежать? Одна из идей — водородный двигатель.

Водородный двигатель: как он работает?

Автомобили на водороде работают таким образом, что они оснащены ячейками. Внутри водород и кислород объединены. Результатом этого процесса является электричество и кристально чистая дистиллированная вода. Затем энергия сохраняется в небольшой батарее, от которой она используется для питания двигателя.

Водородный двигатель

: модель

также практична

Водородный двигатель безопасен для окружающей среды и практичен. Единственным эффектом привода является вода. С другой стороны, водородный элемент не требует подзарядки батареи. Он несет на борту силовую установку. Водород, которым он питается, заправляется на станции, как бензин. Заправка бака буквально занимает 3 минуты. При этом этого количества топлива хватает в среднем на 400 - 500 км.

Если вы хотите узнать больше, загляните »

Код водителя.Изменения в 2022 году. Мандаты. Штрафные очки. Дорожные знаки

.

Что такое водородный автомобиль, как он работает, сколько стоит?

Водородные автомобили (FCEV) по-прежнему представляют собой очень новый и непопулярный подход к автомобилям с нулевым уровнем выбросов. Хотя интерес к этой технологии со стороны производителей автомобилей растет, так как она имеет очень сильные преимущества и преимущества перед электромобилями (BEV), в которых используются аккумуляторы. Автомобили на водороде, несомненно, будут становиться все более популярными, поэтому мы объясняем, что такое автомобиль на водороде, как он работает и сколько стоит.

Что такое топливный/водородный элемент?

В топливном/водородном элементе происходит электрохимическая реакция между водородом и кислородом. Основными компонентами топливного элемента являются анод, катод и электролит. В присутствии электролита ионы горючего, т.е. ионы водорода, реагируют с ионами кислорода с образованием электричества, водяного пара и тепла. Эта реакция протекает при температуре 80 ° С. Другое более распространенное название этой реакции — «холодное горение». Вырабатываемое таким образом электричество приводит в действие электродвигатель, который, в свою очередь, вращает колеса автомобиля.

Толщина одного топливного элемента составляет примерно два миллиметра. Водородный автомобиль использует сотни топливных элементов, известных как «стек топливных элементов».

Как делают водородный автомобиль?

Основные компоненты водородного автомобиля. Источник: afdc.energy.gov
Вспомогательная батарея

Вспомогательная батарея в водородном автомобиле обеспечивает низкое напряжение для запуска автомобиля и питания систем и аксессуаров автомобиля.

Аккумулятор

Основной или основной аккумулятор, как мы его можем назвать, накапливает электроэнергию, вырабатываемую при торможении. Он используется для поддержки тягового двигателя.

Преобразователь постоянного тока в постоянный

Преобразователь преобразует постоянный ток высокого напряжения от блока тяговых аккумуляторов в постоянный ток более низкого напряжения. Он необходим для питания аксессуаров автомобиля и зарядки вспомогательной аккумуляторной батареи.

Тяговый электродвигатель

Это главный двигатель автомобиля.Он использует электричество от топливных элементов.

Блок топливных элементов

Группа одиночных топливных элементов, использующих водород и кислород для выработки электроэнергии. Например, водородный Hyundai Nexo имеет 440 топливных элементов.

Горловина топливного бака

Крышка топливного бака немного отличается от крышки на автомобиле с двигателем внутреннего сгорания. Сопло распределителя водорода крепится к специальной насадке. Пистолет-дозатор немного похож на пистолет для заправки сжиженным газом.

Топливный (водородный) бак

Хранит водород в газообразном виде на борту транспортного средства. Водород хранится под огромным давлением 700 бар.

Контроллер силовой электроники

Контроллер управляет потоком электроэнергии, подаваемой топливным элементом на тяговую батарею, путем управления скоростью тягового электродвигателя и создаваемым им крутящим моментом.

Термический (охлаждающий)

Эта система поддерживает диапазон рабочих температур топливного элемента, электродвигателя, силовой электроники и других компонентов.

Как работает топливный/водородный элемент?

В топливном элементе кислород берется из воздуха и перекачивается к катоду, а водород поступает к концу платинового анода, который действует как катализатор для отделения положительных ионов водорода от газа. Эти ионы проходят через электролит к катоду, создавая положительный заряд. Поскольку отделенные электроны не могут проходить через электролит, они обтекают внешнюю цепь, создавая заряд, используемый для питания электродвигателя.

Побочными продуктами этого процесса являются вода, обычно в виде пара, и тепло. Без движущихся частей топливные элементы работают тихо и надежно. Отработанное тепло от топливного элемента может быть использовано для нагрева или охлаждения.

Автомобиль на водороде. Фото: Toyota

Как работает водородный автомобиль?

Автомобиль на водороде (FCEV), как и электромобиль (BEV), использует электричество для питания одного или нескольких электродвигателей, приводящих в движение колеса.В водородном автомобиле электричество поступает непосредственно от топливных элементов или от аккумулятора, в котором накапливается избыточная энергия, регенерируемая при торможении. Рекуперация энергии и хранение в батареях работает аналогично электрическим или гибридным автомобилям.

Во время движения электричество подается топливными элементами и/или батареями к электродвигателю, приводящему в движение автомобиль. Поток энергии управляется чрезвычайно обширным программным обеспечением, которое контролирует, среди прочего.в скорость и крутящий момент электродвигателя. Кроме того, необходимо контролировать нагрев и систему охлаждения, поддерживающую надлежащий диапазон рабочих температур топливного элемента, электродвигателя и других компонентов.

Кислород чрезвычайно важен в случае водородных автомобилей, он необходим для генерации реакции. Он должен быть чистым, поэтому в водородных автомобилях есть целая система очистки кислорода. На первом этапе используется воздушный фильтр, который собирает частицы и химические вещества.На втором этапе воздух проходит через мембранный увлажнитель. Последним этапом является подача воздуха через газодиффузионный слой непосредственно в топливный элемент. Эта система очистки воздуха подает незагрязненный кислород к мембране электролита.

Автомобиль на водороде: преимущества и недостатки

Самым большим преимуществом водородных автомобилей (FCEV) по сравнению с электромобилями (BEV) является то, что топливные элементы не нужно перезаряжать, как батареи. Принцип работы автомобиля практически такой же, как и у автомобилей внутреннего сгорания. Подгоняем машину на топливных элементах к заправочной колонке, заправляем водородом за несколько минут и уезжаем. Мы не тратим несколько часов или, по крайней мере, 30-40 минут на зарядное устройство для подзарядки аккумуляторов.

Водородные автомобили также имеют преимущество перед электромобилями (BEV) с точки зрения реального запаса хода. Один из первых относительно широко доступных водородных автомобилей Toyota Mirai II преодолел 555 километров по дорогам общего пользования в тесте ADAC. Производитель указывает запас хода по WLTP в 650 километров.Эти результаты не очень реалистичны для электромобиля BEV. Кроме того, Toyota может похвастаться тем, что Mirai II поколения очищает воздух, поступающий через воздухозаборники.

Еще один серийный водородный автомобиль — Hyundai Nexo, запас хода которого на одном баке составляет около 600 километров.

Одним из преимуществ водородных автомобилей, конечно же, является то, что производится при производстве энергии. Производится только тепло и пар.

Автомобиль на водородном топливе (FCEV), несмотря на его несомненные преимущества, также имеет некоторые недостатки и ограничения. Первая огромная проблема — это хранение водорода под огромным давлением, , таким образом, чтобы даже в случае аварии он не взорвался. Toyota во втором поколении Mirai справилась с этой проблемой и разработала конструкцию, защищающую бак, который защищен даже в случае аварии.

На данный момент самой большой проблемой водородных автомобилей в Польше является отсутствие заправочных станций. К счастью, Orlen объявила, что в 2022 году построит четыре водородные заправочные станции, а к 2030 году будет построено 100.Чуть лучше ситуация в Германии, где мы будем заправляться водородом в 92 балла. В США довольно много водородных станций, но практически все они расположены в Калифорнии.

Сколько стоит водородный автомобиль?

В 2022 году, когда мы хотим купить водородный автомобиль, у нас фактически есть выбор из двух моделей. Toyota Mirai — единственная машина, которую мы можем купить в польском автосалоне. Это 4-дверный, почти 5-метровый седан с двигателем мощностью 182 л.с. Сколько стоит Тойота Мирай? На выбор предлагается две версии оборудования: Prestige стоит 309 900 злотых, а Executive — 324 900 злотых.

На рынке также есть Hyundai Nexo, который можно найти на сайте польского импортера, но информации о цене там нет. В Германии Nexo доступен по цене от 77 290 евро.

Сколько стоит заправка водородом?

Как мы уже упоминали, общедоступной водородной станции в Польше нет, поэтому цены неизвестны. Однако в Германии много станций, а цена в марте 2022 года составляет 9,50 евро за 1 кг водорода. При конвертации по текущему обменному курсу (около 4,60 злотых / 1 евро) за 1 кг мы заплатили бы около 44 злотых.

Например, Toyota Mirai потребляет около 1 кг водорода на 100 км, поэтому проезд на 100 км будет стоить около 44 злотых.

.

Toyota разработала двигатель внутреннего сгорания на водороде. Он лучше бензинового?

Toyota Mirai второго поколения представляет собой почти 5-метровый лимузин в стиле купе.С использованием топливных элементов, представляет собой вращающуюся электронную фабрику. Электричество, питающее электродвигатель автомобиля, вырабатывается в результате реакции водорода с кислородом. И вот инженеры японской марки решили сохранить двигатели внутреннего сгорания...

Водородный двигатель внутреннего сгорания

Новая идея специалистов Тойоты - сжигание водорода двигателем с искровым зажиганием - для нужд этого решения была модифицирована система питания и впрыска (по сравнению с применяемыми в бензиновых агрегатах).Топливо хранится в сжатом виде. По словам японцев, у нового 1,6-литрового турбомотора нет ничего, кроме плюсов. Он не отравляет окружающую среду углекислым газом - причем в следовых количествах при сжигании моторного масла (что также имеет место в бензиновых двигателях). Работает тише, без вибраций и к тому же имеет отличный отклик на педаль газа. Теперь новый водородный агрегат 1.6, установленный под капотом Corolla Sport , будет опробован в гонках серии Super Taikyu.Японцы не исключают, что если двигатель хорошо покажет себя в таких сложных условиях, он может пойти в серийное производство и на обычные автомобили.

Toyota разработала водородный двигатель вместо бензинового / Тойота

Тойота Мирай.Топливные элементы. Электричество

Новый Toyota Mirai Только название относится к первому воплощению «водородного автомобиля».Автомобиль построен на заднеприводной платформе GA-L (из семейства TNGA), которую японский концерн использует в своих моделях Lexus. Использование этой архитектуры — помимо большей вместительности салона по сравнению с предшественником — освободило место для третьего водородного бака.

Теперь танки расположены буквой Т.Самый длинный крепится под полом (посередине платформы), два меньших поперечно под задними сиденьями и багажным отделением. Всего они могут содержать 5,6 кг водорода (142,2 л), что на один килограмм больше, чем в первой модели. Сами баллоны с водородом имеют более прочную, многослойную конструкцию — они очень легкие и устойчивы к промахам. Водород составляет 6 процентов. общий вес топлива и баков. Архитектура TNGA также позволила переместить узел топливного элемента из его нынешнего положения под полом кабины в переднюю часть автомобиля под капот.Над задней осью спрятаны более компактная тяговая батарея и электродвигатель. Плюсы такой комплектации — пониженный центр тяжести и идеальная развесовка (Mirai II весит около 1,9 т) между передней и задней частью в соотношении 50:50 — оба эти фактора имеют первостепенное значение для характеристик управляемости. По мнению японцев, водородный Mirai обеспечивает устойчивость на уровне двигателя внутреннего сгорания с передним расположением двигателя.

Тойота Мирай 2.Благодаря использованию топливных элементов автомобиль представляет собой приводную силовую установку. Он не только не выбрасывает выхлопные газы (из выхлопных газов выделяется водяной пар), но и очищает воздух во время движения. / Dziennik.pl

Водородные топливные элементы

Водородные топливные элементы

содержат полимер в твердом состоянии, как и в предыдущей модели.Однако набор меньше и использует меньше ячеек (330 вместо 370). Тем не менее, максимальная мощность подскочила со 114 кВт до 128 кВт. Такой трюк стал возможен благодаря более высокой удельной мощности, которая увеличилась с 3,1 кВт/л до 5,4 кВт/л (за исключением концевых ячеек). Инженеры Toyota также улучшили устойчивость привода к низким температурам воздуха. Теперь автомобиль должен быстрее набирать полную мощность даже при -30 градусах Цельсия. Производительность? Синхронный двигатель с постоянными магнитами развивает мощность 182 л.с. и 300 Нм. Такой потенциал должен заставить автомобиль разгоняться с нуля до 100 км/ч за 9,2 секунды.Максимальная скорость была ограничена на отметке 175 км/ч.

Mirai II получил высоковольтных литий-ионных аккумулятора вместо никель-металлогидридных аккумуляторов.Новая батарея меньше по размеру, более энергосберегающая и эффективная. Он содержит 84 ячейки, а его номинальное напряжение выросло с 244,8 В до 310,8 В, а емкость составляет 4 Ач (емкость аккумулятора в Mirai первого поколения составляет 6,5 Ач). Вес аккумулятора снижен с 46,9 до 44,6 кг. Мощность увеличена с 25,5 кВт х 10 секунд до 31,5 кВт х 10 секунд Меньшие размеры аккумулятора позволяют перемещать его за спинку заднего сиденья, где он не ограничивает пространство в салоне или багажнике. Все изменения и новые решения заключаются в увеличении дальности полета Mirai второго поколения примерно на 30 процентов.по сравнению со старой ипостасью которая проехала около 500 км. Toyota сообщает, что новый водородный лимузин проедет около 650 км после одного посещения водородной заправочной станции. На 100 км требуется примерно 0,84 кг водорода (средний расход WLTP).

Электромобиль, который живет за счет топливных элементов вместо большой батареи / Тойота

Нет станции заправки водородом?

Напоминаем, что строительство станции заправки водородом в Польше осуществляет компания, принадлежащая Зигмунту Солорзу.Вначале бизнесмен планирует построить две водородные заправки – первая заработает к середине года в районе Конина, где также планирует принадлежащий ему энергетический концерн ZE PAK (Zespół Elektrowni Pątnów Adamów Konin). создать мощную фотоэлектрическую электростанцию. Вторая водородная станция начнет работать в Варшаве с сентября 2021 года.

Mirai II Generation не только не выбрасывает выхлопные газы - из выхлопных газов выходит пар - но очищает воздух во время движения.Новая модель оснащена каталитическим фильтром, встроенным в воздухозаборники, подаваемые на топливные элементы. Нетканый фильтр улавливает микроскопические загрязняющие частицы, в том числе диоксид серы, оксиды азота и твердые частицы PM 2,5. Этот раствор удаляет от 90 до 100 процентов. примеси диаметром от 0 до 2,5 мкм из воздуха, проходящего через систему топливных элементов. Рётаро Симидзу, главный инженер Mirai нового поколения, показал экземпляр, набравший уже 728 000 пробега.воздушная лира. Как он пояснил, это эквивалент воздуха, которым в течение года могут дышать 40 человек.

Экологичный лимузин в стиле купе скрывает топливные элементы.А двигатель работает от электричества. За один визит на водородную заправку можно проехать около 650 км. / Dziennik.pl

Toyota Mirai в Польше предлагается в двух комплектациях.Версия Prestige стандартно поставляется с системой очистки воздуха, двухзонным автоматическим кондиционером, смарт-ключом, би-светодиодными фарами, светодиодными дневными ходовыми огнями и 19-дюймовыми легкосплавными дисками с шинами 235/55 R19.

В салоне подогрев передних сидений, тканевая обивка, а также мультимедийная система с цветным сенсорным экраном диагональю 12,3 дюйма, аудиосистема Premium Audio JBL с 14 динамиками, интерфейсом Android Auto и Apple CarPlay.Сенсорный экран также используется для управления спутниковой навигацией на польском языке с 3-летним обновлением карты.

Версия

Toyota Mirai Prestige стоит 299 900 злотых.

Тойота Мирай Исполнительный

Toyota Mirai Executive — этот вариант включает в себя панорамный монитор с системой камер кругового обзора (Panoramic View Monitor), зарядное устройство для беспроводного телефона в центральной консоли, обивку из искусственной кожи, подогрев руля и крайних сидений во втором ряду, а также система контроля слепых зон в зеркалах (BSM), система обнаружения препятствий (ICS), система предотвращения столкновений, система предупреждения о перекрестном движении сзади (RCTA) и адаптивная система дальнего света (AHS).

Toyota Mirai Executive стоит от 314 900 злотых.

Версия Executive может быть дополнена пакетом VIP Black или VIP White (35 тыс.злотый). Оба комплекта включают в себя: 20-дюймовые легкосплавные диски с шинами 245/45 R20, трехзонный автоматический кондиционер, полуанилиновую обивку из натуральной кожи, вентиляцию передних сидений и память водительского сиденья и рулевой колонки. Кроме того, имеется проекционный дисплей HUD на лобовом стекле, цифровое зеркало заднего вида с цветным дисплеем, панорамный люк с электроприводом шторки и интеллектуальная система автоматической парковки S-IPA. Задние пассажиры могут пользоваться центральной консолью и панелью управления мультимедиа в подлокотнике второго ряда сидений.

Версия VIP White отличается от версии VIP Black внутренними цветами.Сиденья обтянуты белой полуанилиновой кожей. На приборной панели появляется белая отделка со вставками медного цвета. Передние и задние двери также имеют медную отделку, а подлокотники в дверях и между сиденьями — бронзовые.

В Toyota Mirai с топливными элементами требуется менее килограмма водорода, чтобы проехать 100 км. / Тойота

У Мазды другая идея

Стоит напомнить, что в прошлом, напр.в Mazda подошла к водороду совершенно иначе, чем конкуренты, которые используют топливные элементы для выработки электроэнергии для привода двигателей.

Инженеры Хиросимы использовали двигатель Ванкеля для создания RX-8 Hydrogen RE, который мог работать как на водороде, так и на бензине.Система позволяла водителю переключаться с водорода на газ, если поблизости не было водородных заправок. Также была создана водородная Mazda Premacy Hydrogen RE — минивэн, оснащенный электрическим и роторным двигателем на двух видах топлива. Сегодня все чаще говорят о возвращении двигателя Ванкеля. Недавно компания разработала прототип Mazda 2 EV с небольшим агрегатом с одним вращающимся поршнем для расширения диапазона электропривода. Аналогичное решение можно использовать в одном из аккумуляторных вариантов Mazda MX-30.Двигатель также должен работать на альтернативном топливе, и таким, несомненно, является водород.

Mazda RX-8 Hydrogen RE и Premacy Hydrogen RE Hybrid / Мазда .90 000 Примеры водородных двигателей для транспорта и мобильности 90 001

Когда речь заходит о двигателях, работающих на природном газе, возникает ряд часто задаваемых вопросов о стоимости, практичности и целесообразности интеграции природного газа в коммерческий парк. Конечно, есть проблемы, которые необходимо учитывать, но кривая обучения использованию двигателей, работающих на природном газе, не так крута, как может показаться, особенно по сравнению с преимуществами природного газа в транспортных приложениях.

В этой статье мы ответим на некоторые из наиболее часто задаваемых вопросов о добавлении двигателей, работающих на природном газе, в парк ваших коммерческих автомобилей.

Может ли дизельный двигатель работать на природном газе?

Короткий ответ — нет. Если вы используете дизельный двигатель на природном газе, вы просто не заведетесь. Дизельные двигатели не могут работать на природном газе, так как для сжигания природного газа требуются свечи зажигания. Дизельные двигатели воспламеняют топливо при его сжатии.Чтобы загореться, природный газ должен быть сжат до гораздо большей степени, чем могут использовать двигатели внутреннего сгорания.

Однако существуют специально модифицированные двигатели, которые могут работать как на дизельном топливе, так и на природном газе. Транспортные средства с двигателем этого типа, известные как двухтопливные или двухтопливные двигатели, оснащены двумя топливными системами и при необходимости могут переключаться с одного топлива на другое. Например, если срок годности их баллона со сжатым природным газом (CNG) истек, а поблизости нет станций CNG, операторы могут просто щелкнуть выключателем и оставить дизельное топливо.Существуют также двигатели, которые одновременно используют дизельное топливо и природный газ. В этих двигателях дизель обеспечивает зажигание, а природный газ обеспечивает питание. Такие двигатели особенно популярны при стационарном бурении нефтяных и газовых скважин. В случае добычи природного газа его можно использовать для питания двигателей. Если нет природного газа, двигатели могут вернуться к использованию дизельного топлива. Двигатель Cummins QSK 50, например, является популярным двухтопливным двигателем, обычно используемым в нефтяной и газовой промышленности.

Может ли двигатель, работающий на природном газе, работать на возобновляемом природном газе?

Абсолютно! Возможность работать на возобновляемом природном газе (RNG) является основной причиной перехода автопарков на автомобили, работающие на природном газе. В то время как первичный природный газ имеет много преимуществ для устойчивого развития, в том числе на 13–17 % меньше выбросов парниковых газов (ПГ) от скважин до колес и на 27 % меньше выбросов CO2, чем в нефтяной промышленности. Но экологические преимущества действительно выделяются при использовании ГСЧ, изготовленного из биогаза.

Подробнее о видах топлива помимо ГСЧ вы можете узнать больше о сравнении природного газа с СНГ, СПГ и дизельным топливом.

Каковы экологические преимущества ГСЧ?

В зависимости от источника энергии сокращение выбросов углекислого газа за счет возобновляемого природного газа может быть нейтральным или даже ниже нуля. Как это вообще возможно, спросите вы?

Это связано с тем, что основные компоненты ГСЧ получают из биогаза, который представляет собой ферментацию органических отходов в таких местах, как свалки, очистные сооружения и биореакторы промышленных отходов в сельском хозяйстве.Биогаз, такой как метан, улавливается во время этого процесса очистки, предотвращая его утечку в атмосферу. Этот коэффициент сокращения выбросов углерода используется при расчете выбросов выхлопных газов от сквозного отверстия до колеса при общем расчете транспортного средства.

Улучшенный биогаз функционально неотличим от ископаемого газа и может использоваться вместо природного газа. Если интересно, узнайте больше о производстве и переработке биогаза, природного газа и других низкоуглеродных видов топлива.

Работа двигателей на природном газе дешевле?

В большинстве случаев да. Автомобили, работающие на природном газе, требуют меньше обслуживания, чем автомобили с дизельным двигателем, оснащенные системами дожигания. Они также приводят к значительному снижению затрат на топливо. В Соединенных Штатах средняя розничная цена на топливо была значительно ниже средней розничной цены как на бензин, так и на дизельное топливо уже более 20 лет. Розничные цены на природный газ также более стабильны, чем цены на другие виды ископаемого топлива.

Возврат автомобиля, работающего на природном газе, зависит от нескольких факторов, включая конкретное применение, рабочий цикл, количество пройденных миль в год и стоимость топлива по сравнению с дизельным топливом. Однако по большинству показателей природный газ имеет более низкую совокупную стоимость владения, чем дизель.

Двигатели, работающие на природном газе, лучше запускаются при низких температурах, чем дизельные двигатели?

Ни один двигатель не застрахован от холода.Некоторые проблемы являются общими для большинства автомобилей, в том числе проблемы с двигателем внутреннего сгорания. Одной из проблем, с которой иногда сталкиваются двигатели на природном газе при замерзании, является потеря заряда аккумулятора. Существуют также потенциальные проблемы с использованием природного газа. Например, уплотнительные кольца в топливной камере могут замерзнуть, что помешает правильному зацеплению топливной форсунки с топливным поддоном.

Водители дизельных двигателей сталкиваются с двумя проблемами в холодную погоду, с которыми водители, работающие на природном газе, никогда не столкнутся.Во-первых, в отличие от дизельного топлива, природный газ не превращается в дизельное топливо в холодном состоянии. Независимо от температуры, природный газ на входе в двигатель находится в полностью газообразном состоянии. Метан, основной компонент природного газа, имеет температуру кипения -258°F или -161°C.

Другая трудность вызвана жидкостью для выхлопных газов дизельных двигателей или DEF на дизельных автомобилях. DEF в основном состоит из воды и может легко замерзнуть.Хранение DEF при низких температурах и обращение с ним могут быть проблемой. Поскольку природный газ сгорает чисто и с минимальным образованием NOx (оксидов азота), для транспортных средств, работающих на природном газе, не требуются мощные скрубберы NOx. В результате водители транспортных средств, работающих на природном газе, не имеют проблем с DEF и DEF.

Кто производит двигатели, работающие на природном газе?

Камминс Инк. и несколько других производителей двигателей для тяжелых и средних условий эксплуатации имеют обширную линейку двигателей, работающих на природном газе, которые подходят для широкого спектра дорожных, внедорожных и стационарных применений.У большинства производителей грузовиков и автобусов есть продуктовые линейки, оснащенные двигателями, работающими на природном газе, поэтому компании, заинтересованные в изучении вариантов, работающих на природном газе, обычно могут сделать это с предпочитаемым производителем грузовиков. Узнайте больше о полной линейке двигателей Cummins, работающих на природном газе.

.

водородных автомобилей: как они работают и какой был первый водородный автомобиль?

По мнению многих экспертов, водородные автомобили — это будущее автомобилестроения. Использование альтернативного топлива имеет много преимуществ, и экология — это только начало длинного списка преимуществ. Как работает водородный привод в автомобилях? Сколько стоит купить водородный автомобиль?

Автомобили на водороде: как они работают и какой был первый водородный автомобиль? (ФотоГетти изображений)

Автомобили на водороде — ответ на истощающиеся запасы нефти. Нет сомнения, что они рано или поздно будут исчерпаны. У нас все еще есть обычный электропривод, в котором за питание приводного агрегата отвечают аккумуляторы, но, несмотря на значительный прогресс, достигнутый в этой области за эти годы, дальние поездки на «электрике» по-прежнему довольно хлопотны.Водородный источник питания устраняет неудобства, связанные со временем зарядки элементов, так почему же эта технология до сих пор не применяется в больших масштабах?

Водородные автомобили: как они работают?

Водородные автомобили могут приводиться в действие двумя способами. Водород может гореть в отсеках обычного двигателя, как бензин и любое другое топливо, или генерировать электричество в топливных элементах. Это связано с его свойствами - энергия, возникающая в процессе связывания водорода с кислородом в молекуле воды, меньше суммарной энергии связи молекул h3 и O2.Отсюда следует, что в результате реакции связывания водорода с кислородом в молекуле воды образуется избыточная энергия, которая может рассеиваться в виде тепла, которое может быть преобразовано в механическую энергию, или электрохимическую энергию.

Таким образом, использование водорода в поршневых двигателях возможно, но создает проблему. Водород имеет низкую энергию воспламенения и широкий диапазон пределов воспламенения, что может привести к преждевременному воспламенению. Еще одна проблема – хранение жидкого водорода.Этот вид топлива потребляет значительное количество энергии, поэтому через дюжину или около того дней оно меняет свое агрегатное состояние на летучее и покидает бак.

Водород, используемый для питания топливных элементов, хранится несколько иначе. Сжатый водород хранится в цилиндрических резервуарах. Чтобы это стало возможным, необходимо использовать чрезвычайно прочные «цилиндры». По форме они похожи на баллоны для сжиженного нефтяного газа, но все сходство заканчивается цилиндрической формой.Внутренняя часть изготовлена ​​из металла (сталь или алюминий), а внешняя – из прочных композитов. В результате они очень устойчивы к повреждениям.

Использование топливных элементов может показаться космической технологией. Что ж, в этом есть смысл, потому что водород используется не только для сгорания в ракетных двигателях. Топливные элементы обеспечивают электроэнергией космические челноки. Однако сам принцип их работы достаточно прост. Выходящий из бака водород поступает в ячейку, куда также подается воздух. Постоянный ток от ячейки поступает на тяговый преобразователь, где преобразуется в переменный ток. В таком виде он поступает на асинхронный двигатель, а создаваемый крутящий момент передается на колеса.

Сам элемент состоит из катода и анода. Они разделены электролитической мембраной или электролитом. Эта конструкция допускает поток катионов, но не электронов. Водород, подаваемый на анод, расщепляется на электроны и протоны.Последние попадают на катод, куда также уходит воздух. С другой стороны, электроны направляются к катоду через внешнюю цепь. Реакция производит электричество, воду и тепло.

Существует много разновидностей топливных элементов, но в автомобилях используются низкотемпературные элементы , электролит которых приобретает свои свойства при относительно низкой температуре - менее 250 градусов Цельсия. Их преимуществом является малая инерционность по времени – ячейки можно очень быстро ввести в эксплуатацию.Кроме того, они не требуют использования термостойких материалов и обеспечивают большую безопасность, чем высокотемпературные элементы. Однако эта технология имеет ряд недостатков, основным из которых является необходимость использования чистого водорода.

.90 000 Будущее за водородными автомобилями?

Водород доступен везде. Он считается самым распространенным элементом во Вселенной. Он используется во многих отраслях промышленности, в том числе в производстве химикатов, продуктов питания и электрических устройств. Водород также используется в автомобильной промышленности в качестве альтернативы топливу на основе нефти.

Преимущество водородного топлива в том, что его можно производить в любой стране. Поэтому нет риска оказаться в зависимости от поставок сырья из одной страны.

В чем заключается самое большое экологическое преимущество использования водородной технологии? При движении водородного автомобиля не происходит образования газов и загрязняющих веществ, с которыми мы имеем дело в случае с автомобилями внутреннего сгорания. «Производится» только вода, а сам транспорт безэмиссионный.

Как работают водородные автомобили?

Источник: материалы производителя, https://www.toyota-europe.com/world-of-toyota/feel/environment/better-air/fuel-cell-vehicle

Автомобиль на водороде, т. е. FCV (Fuel Cell Vehicle) на самом деле электромобиль.Так какая разница? В водородных автомобилях топливные элементы (водород) вырабатывают электроэнергии за счет химического преобразования водорода и кислорода. Энергия питает электродвигатель и заряжает аккумулятор. При медленной езде электричество, выработанное в топливных элементах, передается на колеса, но часть его уходит на аккумуляторы. Когда потребность в мощности высока, электродвигатель питается как от элементов, так и от батарей.

Водород также может использоваться в качестве топлива, которое сжигается в моторном отсеке.Однако технология, использующая водород для выработки энергии в топливных элементах, гораздо более развита.

Автомобили на водороде - заправка и безопасность

Заправка автомобилей на водороде занимает около 5 минут, что примерно столько же, сколько и для автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Сам пистолет намного тяжелее имеющихся в бензиновых и дизельных ТРК. Другие отличия? Водород заправляется килограммами, а не литрами.

Водородные баки изготовлены из углеродного волокна и так же безопасны, как и дизельные баки.Водород намного легче воздуха. Даже в случае столкновения и протечки в баке он быстро уходит в атмосферу, не вызывая сильного взрыва.

Минусы водородных автомобилей

Проблема с водородными автомобилями возникает при транспортировке и хранении водорода. Не помогает и небольшое количество станций, посвященных FCV. Чтобы воспользоваться чрезвычайно высоким содержанием энергии элемента, должен быть сильно сжат под высоким давлением .В результате для его транспортировки и хранения приходится использовать тяжелые и дорогие цистерны. Строительство самой станции также намного дороже, чем строительство традиционной АЗС. Также стоит упомянуть об ограниченных возможностях использования танков. Один водородный танкер способен заправить топливом примерно 80 водородных автомобилей. Для сравнения – заправленная бензином цистерна заправит более 700 автомобилей.

В Польше всего 11 водородных станций - с водородом h45 (350 бар) и H70 (700 бар) (данные на: 06.07.2021). В основном они используются для работы автобусов общественного транспорта [1] .

Водородная система – лучше всего для окружающей среды?

Автомобили на водороде производят только воду. Однако сам процесс получения водорода - т.е. Паровой риформинг вызывает значительный выброс углекислого газа в атмосферу и в этом отношении автомобили на водороде проигрывают типичным электромобилям, которые основаны на батареях.

Лучшим методом получения водорода является электролиз воды из возобновляемых источников энергии .Только полученный таким образом водород является полностью экологическим и «чистым». Что стоит на пути? В настоящее время заводов по производству водорода (путем электролиза) в промышленных масштабах нет.

Автомобили на водороде - цена

Toyota Mirai (единственная модель, доступная в Польше) цены начинаются от 290 900 злотых. Марка гарантирует, что второе поколение водородных автомобилей будет отличаться улучшенным набором топливных элементов, большей дальностью хода (650-700 км), большей на 10% мощностью и лучшими характеристиками по разгону (от 0 до 100 км/ч). всего за 9 секунд).

Водородные автомобили – дополнительные преимущества для владельцев

Водородные автомобили относятся к категории экологических транспортных средств, поэтому их владельцы могут рассчитывать на ряд привилегий, в том числе:

90 060 90 061 бесплатная парковка в центре города,
  • въезд в зоны низкоэмиссионного транспорта,
  • возможность использования автобусных полос,
  • 90 061 "Зеленый автомобиль - софинансирование покупки электромобиля (М1)",
  • программа для предпринимателей " eVAN - софинансирование покупки электромобиля фургон (N1)",
  • Программа для людей, занимающихся пассажирскими перевозками "Колибри - такси полезно для климата".
  • Станут ли водородные автомобили более популярными? Вероятно, мы узнаем об этом через несколько лет. Условие — построить сеть станций, где водители смогут без проблем заправлять свои автомобили. Огромные потери энергии при производстве чистого водорода, его транспортировке и хранении также являются большой проблемой.

    Тем временем водители, ценящие экологию, могут подумать о покупке электромобиля. Преимущества? Их много! Стабилизация затрат, низкий процент отказов или возможность подзарядки, не выходя из гаража, — вот лишь некоторые из многих аргументов в пользу выбора электромобиля.Подробнее об этом можно прочитать в статье: Преимущества и недостатки электромобилей.

    [1] Источник: https://ziemianarozdrozu.pl/encyklopedia/74/ako-zabraknie-ropy (дата обращения: 16 июня 2021 г.)

    .

    Смотрите также

         ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf