logo1

logoT

 

Принцип действия водородного двигателя


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.

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.

Водородный двигатель для автомобиля, как избавиться от нефтяной зависимости


Запасы нефти подходят к концу, что вынуждает человечество искать альтернативные источники энергии, способные заменить «черное золото». Одним из решений является применение водородного двигателя, отличающегося меньшей токсичностью и большим КПД. Главное то, что запас сырья для производства горючего почти неограничен.

Когда появился водородный двигатель? В чем особенности его устройства, и каков принцип действия? Где применяется такая технология? Реально ли сделать такой мотор своими руками? Эти и другие вопросы рассмотрим ниже.

Когда появился водородный двигатель, основные компании, ведущие его разработку

Интерес к применению водорода появился еще в 70-х годах в период острого дефицита топлива. Первым современным разработчиком, который представил двигатель для автомобиля работающий на водороде, стал концерн Toyota. Именно он в 1997 году выставил на всеобщее обозрение внедорожник FCHV, который так и не пошел в серийное производство.

Несмотря на первую неудачу, многие компании продолжают исследования и даже производство таких автомобилей. Наибольших успехов добились концерны Тойота, Хендай и Хонда. Разработки ведут и другие компании — Фольксваген, Дженерал Моторз, БМВ, Ниссан, Форд.

В 2021 году появился первый поезд на водородном топливе, являющийся детищем немецкой компании Alstom (ранее GEC-Alsthom) . Планируется, что новый состав Coranda iLint начнет движение в конце 2017 года по маршруту из Букстехуде в Куксхавен (Нижняя Саксония).

В будущем планируется заменить такими поездами 4000 дизельных составов Германии, перемещающихся по участкам дорог без электрификации.

Интерес к покупке Coranda iLint уже проявила Норвегия, Дания и другие страны.

Особенности водорода как топлива для двигателя

В ДВС бензин смешивается с воздухом, после чего подается в цилиндры и сгорает, в результате чего происходит перемещение поршней и движение транспортного средства.

Применение водорода в виде топлива имеет ряд нюансов:

  • После сжигания топливной смеси на выходе образуется только пар.
  • Реакция воспламенения происходит быстрее, чем в случае с дизельным топливом или бензином.
  • Благодаря детонационной устойчивости, удается поднять степень сжатия.
  • Теплоотдача водорода на 250% выше, чем у топливно-воздушной смеси.
  • Водород — летучий газ, поэтому он попадает в мельчайшие зазоры и полости. По этой причине немногие металлы способны перенести его разрушительное влияние.
  • Хранение такого топлива происходит в жидкой или сжатой форме. В случае пробоя бака водород испаряется.
  • Нижний уровень пропорции газа для вхождения в реакцию с кислородом составляет 4%. Благодаря этой особенности, удается настроить режимы работы мотора путем дозирования консистенции.

С учетом перечисленных нюансов применять h3 в чистом виде для двигателя внутреннего сгорания нельзя. Требуется внесение конструктивных изменений в ДВС и установка дополнительного оборудования.

Как работает

Так как на сегодняшний день существует много действующих моторов данной категории, в каждом отдельном случае работать водородная установка будет по своему принципу. Рассмотрим, как работает одна модификация, которая может заменить классический ДВС.

В таком моторе обязательно будут использоваться топливные элементы. Это своего рода генераторы, которые активируют электрохимическую реакцию. Внутри устройства водород окисляется, а результатом реакции является выделение электричества, водяного пара и азота. Углекислый газ в такой установке не выделяется.

Транспортное средство на подобном агрегате – такой же электромобиль, только батарея в нем намного меньше. Топливный элемент вырабатывает достаточно энергии для работы всех систем автомобиля. Единственный нюанс – от начала процесса до выработки энергии может пройти около 2 мин. Но максимальная отдача установки начинается после прогрева системы, что занимает от четверти часа до 60 минут.

Чтобы силовая установка не работала впустую, и не нужно было заранее подготавливать транспорт к поездке, в нем установлена обычная батарея. Во время езды она подзаряжается за счет рекуперации, а нужна она исключительно для старта авто.

Такой автомобиль оснащается баллоном разных объемов, куда закачивается водород. В зависимости от режима езды, размеров машины и мощности электроустановки одного килограмма газа может хватить на 100 километров поездки.

Устройство водородного двигателя

Автомобили с двигателем работающем на водороде делятся на несколько групп:

  • Машины с 2-мя энергоносителями. Они обладают экономичным мотором, способным работать на чистом водороде или бензиновой смеси. КПД двигателя такого типа достигает 90-95 процентов. Для сравнения дизельный мотор имеет коэффициент полезного действия на уровне 50%, а обычный ДВС — 35%. Такие транспортные средства соответствуют стандарту Евро-4.
  • Автомобиль со встроенным электродвигателем, питающим водородный элемент на борту транспортного средства. Сегодня удалось создать моторы, имеющие КПД от 75% и более.
  • Обычные транспортные средства, работающие на чистом водороде или топливно-воздушной смеси. Особенность таких двигателей заключается в чистом выхлопе и увеличении КПД еще на 20%.

Как отмечалось выше, конструкция мотора, работающего на h3, почти не отличается от ДВС за исключением некоторых аспектов.

Главной особенностью является способ подачи горючего в камеру сгорания и его воспламенения. Что касается преобразования полученной энергии в движение КШМ, процесс аналогичен.

Принцип работы

Принцип работы водородных двигателей стоит рассмотреть применительно к двум видам таких установок:

  1. Моторы внутреннего сгорания;
  2. Двигатели на водородных элементах.

Водородные моторы внутреннего сгорания

В ДВС из-за того, что горение бензиновой смеси осуществляется медленнее, топливо попадает в камеру сгорания раньше достижения поршнем своей верхней точки.

В водородном двигателе, благодаря мгновенному воспламенению газа, удается сместить время впрыска до момента, пока поршень начнет возвратное движение. При этом для нормальной работы мотора достаточно небольшого давления в топливной системе (до 4-х атмосфер).

В оптимальных условиях водородный мотор способен работать с питающей системой закрытого вида. Это значит, что в процессе образования смеси атмосферный воздух не применяется.

После завершения такта сжатия в цилиндре остается пар, который направляется в радиатор, конденсируется и становится водой.

Реализация варианта возможна в случае, если на машине смонтирован электролизер — устройство, обеспечивающее отделение водорода от h3O для последующей реакции с O2.

Воплотить в реальность описанную систему пока не удается, ведь для нормальной работы двигателя и снижения силы трения применяется масло.

Последнее испаряется и является частью отработавших газов. Так что применение атмосферного воздуха при работе водородного двигателя пока необходимо.

Двигатели на водородных элементах

Принцип действия таких устройств построен на протекании химических реакций. Кожух элемента имеет мембрану (проводит только протоны) и электродную камеру (в ней находится катод и анод).

В анодную секцию подается h3, а в катодную камеру — O2. На электроды наносится специальное напыление, выполняющее функцию катализатора (как правило, платина).

Под действием каталитического вещества происходит потеря водородом электронов. Далее протоны подводятся через мембрану к катоду, и под влиянием катализатора формируется вода.

Из анодной камеры электроны выходят в электрическую цепь, подключенную к мотору. Так формируется ток для питания двигателя.

Где использовались водородные топливные элементы?

Особенность топливных элементов водородного типа —способность производить энергию для электрического мотора. Как результат, система заменяет ДВС или становится источником бортового питания на транспортном средстве.

Впервые топливные элементы были использованы в 1959 году компанией из США.

Если говорить в целом, топливные элементы применяются:

  • НА АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ. В отличие от КПД стандартного двигателя, они показывают лучшие результаты. На испытании первого автобуса топливные элементы показали КПД в 57%. Сегодня такие устройства тестируются многими производителями автомобилей — Хонда, Форд, Ниссан, Фольксваген и другими.

  • НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ. На современном этапе больше 60% транспорта на ж/д — тепловозы. Сегодня водородные поезда разрабатываются во многих странах — Японии, Дании, США и Германии.
  • НА МОРСКОМ ТРАНСПОРТЕ. Водородные топливные элементы наиболее востребованы на подводных лодках. Активные работы в этом направлении ведутся в Германии и Испании, а в роли заказчиков выступают другие страны, среди которых Италия, Греция, Израиль.
  • В АВИАЦИИ. Первые самолеты на водородном двигателе появились еще в 80-х годах прошлого века. На современном этапе новый вид топлива применяется для создания беспилотных летательных аппаратов (в том числе вертолетов).

Также водородные топливные элементы нашли применение на вилочных погрузчиках, велосипедах, скутерах, мотоциклах, тракторах, автомобилях для гольфа и другой технике.

Преимущества и недостатки

Чтобы понять особенности и перспективы водородного двигателя в автомобиле, стоит знать его плюсы и минусы. Рассмотрим их подробнее.

Плюсы:

  • ЭКОЛОГИЧНОСТЬ. Внедрение водородного двигателя — возможность забыть о проблеме загрязнения окружающей среды. При глобальном переходе на этот вид топлива удастся снизить парниковый эффект и, возможно, спасти планету. Экологичность новых разработок подтверждена компанией Тойота. Работники концерна доказали, что выхлоп из машины безопасен для здоровья. Более того, выходящую воду можно пить, ведь она дистиллирована и очищена от примесей.
  • ОПЫТ РАЗРАБОТОК. Известно, что водородный двигатель создан давно, поэтому с его применением на автомобилях проблем быть не должно. Если углубится в историю, первое подобие мотора на водороде в начале XIX века удалось создать Франсуа Исаак де Ривазу — конструктору из Франции. Кроме того, в период блокады Ленинграда на новый вид топлива было переведено почти 500 машин.
  • ДОСТУПНОСТЬ. Не менее важный фактор в пользу h3 — отсутствие дефицита. При желании этот вид топлива можно получать даже из сточных вод.
  • ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В РАЗНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВКАХ. Существует мнение, что водород используется только в ДВС. Это не так. Новая технология задействована при создании топливного элемента, с помощью которого удается получить электрический ток и запитать электромотор транспортного средства. Преимущества заключаются в безопасности и отсутствии ископаемых элементов, что исключает загрязнение окружающей среды. На современном этапе такая схема считается наиболее безопасной и пользуется наибольшим спросом у разработчиков.

Также к плюсам стоит отнести:

  • Минимальный уровень шума;
  • Улучшение мощности, приемистости и других параметров двигателя;
  • Большой запас хода;
  • Низкий расход горючего;
  • Простота обслуживания;
  • Высокий потенциал применения в виде альтернативного топлива.

Недостатки водородного двигателя:

  • СЛОЖНОСТЬ ИЗВЛЕЧЕНИЯ h3 ИЗ ВОДЫ. Как отмечалось, данный газ считается наиболее распространенным элементом на планете, но в чистом виде его почти нет. Этот газ имеет минимальный вес, поэтому он поднимается и удерживается в верхних слоях атмосферы. Атомы h3 быстро связываются с другими элементами, в результате чего образуется вода, метан и другие вещества. Вот почему для применения водорода его необходимо извлечь, а для этого требуются большие объемы энергии. На текущий момент такое производство нерентабельно, что тормозит процесс внедрения водородных двигателей. По приблизительным расчетам цена литра, сжиженного h3 равна от 2 до 8 евро. Итоговые расходы во многом зависят от способа добычи топлива.
  • ОТСУТСТВИЕ НЕОБХОДИМОГО ЧИСЛА ЗАПРАВОК. Не меньшая проблема — дефицит АЗС, готовых заправлять машины водородным топливом. Проблема заключается в высокой стоимости оборудования для таких автозаправочных станций (если сравнивать с обычной АЗС). Сегодня разработано множество проектов станций для заправок водородом — от крупных до небольших заправок, но из-за дороговизны и отсутствия массового применения водородных двигателей на автомобилях процесс внедрения идеи может растянуться на десятилетия.

  • НЕОБХОДИМА ДОРОГОСТОЯЩАЯ МОДЕРНИЗАЦИЯ ДВС. Как отмечалось, водородное топливо теоретически может использоваться для заправки ДВС. Но для применения h3 в качестве основного топлива требуются конструктивные изменения. Если ничего не менять, мощность мотора падает на 20-35%, а ресурс силового узла значительно снижается. Но и это не главный недостаток. Опасность в том, что такой механизм проработает недолго и быстро выйдет из строя. Сгорая, водородная смесь выделяет большее тепло, что приводит к перегреву поршневой и клапанной системы, а мотор работает в режиме повышенных нагрузок. Кроме того, высокие температуры негативно влияют на материалы, из которых сделан силовой узел, и смазывающие вещества. В результате рабочие элементы двигателя быстро износятся. Это значит, что без модернизации ДВС применение h3 невозможно.
  • ДОРОГОВИЗНА МАТЕРИАЛОВ. Главным «камнем преткновения» в вопросе развития водородных технологий является высокая стоимость материалов. В качестве катализатора используется платина, цена которой для рядового автовладельца очень высока. Проще потратить деньги и подарить дорогое кольцо жене, чем отдавать их для установки новой детали. Надежда остается на ученых, которые ищут альтернативы для дорогостоящего катализатора. Проводятся тестирования элементов, способных заменить драгоценный металл.

Кроме уже рассмотренных выше, стоит выделить еще ряд недостатков:

  • Опасность пожара или взрыва.
  • Риски для планеты, ведь увеличение объема водорода может привести к непоправимым последствиям для озонового слоя.
  • Увеличение веса машины из-за применения мощных АКБ и преобразователей.
  • Наличие проблем с хранением водородного топлива — под высоким давлением или в сжиженном виде. Исследователи еще не пришли к единому выводу, какой из вариантов лучше.

Минусы водородного мотора

Водородные двигатели для автомобилей при всех плюсах не лишены недостатков:

  1. Высокая стоимость, на которую влияют, во-первых, электрический генератор, во-вторых, необходимые для эксплуатации авто баки из углепластика.
  2. Низкая энергетическая эффективность. У электромобиля КПД равняется 70%, у водородного топлива – 30%, если же водород получать из нефти, этот показатель увеличится примерно в 2 раза, но тогда появится углекислый газ.
  3. Малое количество заправок. Если в Европе они хотя бы есть, то в России такие заправочные станции в принципе отсутствуют.
  4. Необходимость периодической проверки баллонов, заправленных водородом, в целях безопасности.
  5. Увеличение веса машины и, как следствие, ухудшение маневренности.

Безусловно, защита окружающей среды имеет огромное значение, но пока что автолюбители не готовы жертвовать собственным комфортом и деньгами ради экологии.

Опасность водородного топлива

В рассмотренных выше недостатках упоминалось об опасности применения водородного топлива для двигателя. Это главный минус новой технологии.

В сочетании с окислителем (кислородом) возрастает риск воспламенения водорода или даже взрыва. Проведенные исследования показали, что для воспламенения h3 достаточно 1/10 части энергии, необходимой для зажигания бензиновой смеси. Другими словами, для вспыхивания водорода хватит и статической искры.

Еще одна опасность заключается в невидимости водородного пламени. При горении вещества огонь почти незаметен, что усложняет процесс борьбы с ним. Кроме того, чрезмерное количество h3 приводит к появлению удушья.

Опасность в том, что распознать данный газ крайне сложно, ведь у него нет запаха и он полностью невидим для человеческого глаза.

Кроме того, сжиженный h3 имеет низкую температуру, поэтому в случае утечки с открытыми частями тела высок риск серьезного обморожения. Находится данный газ должен в специальных хранилищах.

Из рассмотренного выше напрашивается вывод, то водородный двигатель опасен, и использовать его крайне рискованно.

На самом деле, газообразный водород имеет небольшой вес и в случае утечки он рассеивается в воздухе. Это значит, что риск его воспламенения минимален.

В случае с удушьем такая ситуация возможна, но только при нахождении в замкнутом помещении. В ином случае утечка водородного топлива опасности для жизни не несет. В оправдание стоит отметить, что выхлопные газы ДВС (а именно угарный газ) также несут смертельный риск.

Чем водородные авто лучше электромобилей?

Если взять водородную установку с топливными элементами, то такой автомобиль будет идентичным электромобилем, какой мы привыкли видеть на дорогах. Разница лишь в том, что электрокар заряжается от сети или от терминала на заправочной станции. Водородный же транспорт сам вырабатывает для себя электричество.

Что касается стоимости таких авто, то они стоят дороже. Например, модели Tesla в базовой комплектации будут стоить от 45 тысяч долларов. Водородные аналоги из Японии можно приобрести за 57 тыс.у.е. Баварцы же свои авто на «зеленом» топливе реализуют по цене от 50 тысяч долл.

Если брать во внимание практичность, то проще заправить машину газом (на это уйдет около пяти минут), чем ждать полчаса (при быстрой зарядке, что не для всех типов батарей позволительно) на стоянке. В этом плюс водородных установок.

Генератор водорода для автомобиля

Водород давно считается едва ли не лучшей заменой бензину. Это неудивительно, ведь при его сгорании выделяется вода, а не вредные вещества. Вот только, несмотря на все очевидные преимущества, споры и дискуссии про водородный автомобиль идут до сих пор. И это притом что многие корпорации, Toyota, BMW, Ford, постоянно ведут работы по использованию такого газа как источника энергии для движения машины.

Выбор электродов


Основные компоненты

Как правило, электроды изготовлены из металла или графита, поэтому они проводят электрическую энергию в воду. Важно подобрать такой материал, который не будет реагировать с кислородом или растворенным веществом, иначе реакция будет проходить на поверхности катода (отрицательный электрод), а вода будет загрязняться при этом.

Применение неподходящих электродов способствует уменьшению объемов производимого газа и слишком быстрому износу электрода.

Двигатель на водородном топливе

Есть две перспективы. Первая (краткосрочная) — необходимо добиться большей эффективности использования нефтетоплива, долгосрочная — решением может стать переключение транспортных средств с бензиновых/дизельных двигателей на электрические топливные элементы (электрохимические генераторы), работающие на водороде, которые никогда не разряжаются. Бесшумные, не загрязняющие окружающую среду, это одни из самых экологически чистых источников энергии, когда-либо разработанных. Разберёмся, как они работают.

Есть два способа заставить современный автомобиль двигаться:

  1. Использовать двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В процессе сжигания нефотетоплива вырабатывается тепло, благодаря чему транспортное средство может ехать.
  2. Электромобили работают совершенно по-другому. Там используются аккумуляторы, которые подают электроэнергию на электродвигатели, напрямую приводящие в движение колеса.

Есть гибридные автомобили, сочетающие оба варианта, водитель может переключатся между ними в соответствии с условиями вождения. Устройство водородного двигателя — нечто среднее между ДВС и аккумулятором. Он вырабатывает энергию, используя топливо из бака (газообразный водород под давлением, а не бензин или дизель). Процесса сжигания нет, h3 химически соединяется с кислородом из воздуха, образуя воду. Высвобождаемое электричество используется для питания электродвигателя. Никаких выхлопных газов.

Что происходит внутри

В основе принципа действия водородного двигателя лежит электрохимическая реакция. Состав топливного элемента — это три основные части:

  • положительно (желтая) и отрицательно (сиреневая) заряженные клеммы;
  • электролит (серый).

Электричество возникает следующим образом:

  1. Газообразный h3 из резервуара подаётся к положительному полюсу. Поскольку вещество взрывоопасно, бак должен быть чрезвычайно прочным.
  2. Кислород из воздуха (голубые капли) идёт по второй трубке.
  3. Положительная клемма металлическая (платина или палладий). Достигая катализатора, атомы h3 распадаются на ионы и электроны.
  4. Положительно заряженные протоны притягиваются к отрицательному полюсу, двигаясь к нему через электролит. Последний представляет собой тонкую полимерную мембрану.
  5. Электроны проходят через внешнюю цепь.
  6. Приходит в действие электродвигатель, заставляющий колёса автомобиля двигаться.
  7. На отрицательной клемме протоны и электроны рекомбинируют с кислородом путём химической реакции, которая производит воду.
  8. Выхлоп — водяной пар.

Процесс будет продолжаться до тех пор, пока есть запасы h3 и O2. Поскольку воздух всегда доступен, единственный ограничивающий фактор — количество водорода h3 в баке.

Проект генератора водорода


Как работает?

Существуют очень простые системы, используемые для производства водорода и кислорода за счет электролиза воды. Смысл заключается в том, что для получения достаточного объема газа используется технология без дополнительных химических веществ и эрозии электродов. Можно попробовать изготовить электроды из меди, но этот материал вступает в реакцию с водой и выделяет много загрязнений, поэтому такой вариант плохо подходит.

Мы рекомендуем сделать электроды из нержавейки, так как этот металл не реагирует так легко, как медь в процессе электролиза. Главной проблемой в этом случае становится поиск высококачественной нержавейки.

Количество вырабатываемого газа пропорционально заряду, который проходит через воду. Таким образом, чем выше ток, тем больше газа. Расстояние между электродами для этого должно быть максимально маленьким, но пузырьки газа должны легко передвигаться между ними.

А все-таки попробовать можно – водородный генератор для автомобиля

Несмотря на такой безрадостный вывод о водородной энергетике в промышленном масштабе, можно попробовать использовать вариант получения, так называемого газа Брауна непосредственно на автомобиле. По сути, это тот же самый водород, результат электролиза воды, только проведенного на машине. Под капотом монтируется специальная установка, генератор водорода, питание на которую подается от бортовой сети.

Понятно, что при прочих равных условиях мощность, расходуемая на движение, уменьшится, часть энергии будет дополнительно тратиться на производство газа. Но результаты, полученные в ходе многочисленных испытаний, показывают, что подобная установка позволяет экономить до тридцати процентов бензина.

Как устроен такой генератор, позволяет понять рисунок. Пример изготовления простейшего его варианта показан на видео и

Его основу составляют металлические электроды, часть из которых подсоединена к плюсу, а часть к минусу б/с. Внутрь залита вода (синяя стрелка) а из емкости выходит газ Брауна (голубая стрелка). Через шланг газ подается во впускной патрубок ДВС.

Как реально подобная установка располагается под капотом, видно на фото.

Вот такой небольшой генератор газа Брауна позволит любой автомобиль сделать немного ближе к творениям концерна Toyota или BMW, получая некоторую экономию бензина.

Правда споры по поводу того, получает ли владелец выгоду от такого устройства, не стихают. Одни утверждают что генератор того стоит, другие оперируя формулами и прочими доводами, доказывают что это миф, и на самом деле от водородного генератора нет никакого толку.

Водород считают горючим будущего, но так ли это? Для его повсеместного использования существует множество проблем, и хотя ведущими автопроизводителями, такими например, как Toyota, в этом направлении прилагаются значительные усилия, есть определенные сомнения, что в ближайшем времени водород сможет заменить бензин. Но есть мнение, что если использовать простейший генератор газа Брауна, то вполне возможно добиться экономии бензина на своем автомобиле, не дожидаясь прихода водородной энергетики.

Материал для пластин


Генератор в собранном виде

Для пластин мы советуем использовать также хорошую нержавеющую сталь, которая имеет минимальный риск образования коррозии. Нержавейка не так хорошо проводит электричество, как медь, поэтому пластины электродов создаются из листов толщиной около 2 мм. Это снизит сопротивление. Чем выше качество металла, тем труднее вам будет изготавливать электроды (материал труднее режется).

Пластины электродов мы рекомендуем составлять слоями, а расстояние между ними можно регулировать нейлоновыми шайбами или шайбами из какого-нибудь другого диэлектрического материала. Пластины следует размещать в переменной позиции, чтобы плюсовые чередовались с минусовыми.

О водородной ячейке Мейера

Если вы сделали и испытали вышеописанную конструкцию, то по горению пламени на конце иглы наверняка заметили, что производительность установки чрезвычайно низкая. Чтобы получить больше гремучего газа, нужно изготовить более серьезное устройство, называемое ячейкой Стэнли Мейера в честь изобретателя.

Принцип действия ячейки тоже основан на электролизе, только анод и катод выполнены в виде трубок, вставляющихся одна в другую. Напряжение подается от генератора импульсов через две резонансные катушки, что позволяет снизить потребляемый ток и увеличить производительность водородного генератора. Электронная схема устройства представлена на рисунке:

Примечание. Подробно о работе схемы рассказывается на ресурсе https://www.meanders.ru/meiers8.shtml.

Для изготовления ячейки Мейера потребуется:

  • цилиндрический корпус из пластмассы или оргстекла, умельцы нередко используют водопроводный фильтр с крышкой и патрубками;
  • трубки из нержавеющей стали диаметром 15 и 20 мм длиной 97 мм;
  • провода, изоляторы.

Нержавеющие трубки крепятся к основанию из диэлектрика, к ним припаиваются провода, подключаемые к генератору. Ячейка состоит из 9 или 11 трубок, помещенных в пластиковый либо плексигласовый корпус, как показано на фото.


Под ячейку Мейера можно приспособить готовый пластиковый корпус от обычного водопроводного фильтра

Соединение элементов производится по всем известной в интернете схеме, куда входит электронный блок, ячейка Мейера и гидрозатвор (техническое название – бабблер). В целях безопасности система снабжена датчиками критического давления и уровня воды. По отзывам домашних умельцев, подобная водородная установка потребляет ток порядка 1 ампера при напряжении 12 В и обладает достаточной производительностью, хотя точные цифры отсутствуют.


Принципиальная схема включения электролизера

Крепеж

Крепеж нужно также изготовить из нержавеющей стали, чтобы материалы друг другу соответствовали. Важно добиться плотного прилегания всех элементов, что исключит искрообразование. Не забывайте, что вы имеете дело с горючим газом.

В нашем конкретном случае мы собираем систему из 16 пластин с расстоянием между ними около 1 мм. Большая площадь поверхности, толщина пластин и болты позволяют пропускать через систему более высокие токи без резистивного нагрева металла. Общая емкость электродов -1nF при измерении в воздушной среде. Такой набор электродов может использовать в простой водопроводной воде до 25А.

Практическое использование водородного двигателя

Производство водорода h3 путём электролиза требует довольно много энергии. Это проблема, поскольку объём топливного бака придётся увеличить. Облегчить конструкцию можно, если использовать углепластик, что сильно увеличивает стоимость. Другой минус водородных двигателей — водород трудно хранить длительное время, его чрезвычайно маленькие молекулы легко просачиваются, а утечка может привести к возгоранию.

Ещё один отрицательный момент — энергоэффективность, КПД такого движка не превысит 30%, тогда как для электромобилей этот показатель достигает 70-80%. Плюс ко всему трудно найти заправку.

Преимущества тоже есть. Заправить машину можно за 5 минут, тогда как зарядка электромобиля занимает от получаса до 12 часов. У транспортных средств на топливных элементах такой же запас хода, как у обычных газовых машин, хотя их характеристики с возрастом ухудшаются. Но главный плюс — экологичность.

Корпус генератора водорода

Корпус генератора водорода

Электроды для сбора газа необходимо поместить внутрь контейнера с герметично изолированными разъемами, крышкой и другими соединениями. Контейнер изначально должен быть пищевым и стойким к высоким температурам.

Если контейнер металлический, электроды следует закрепить на пластиковой основе для предотвращения короткого замыкания. Два разъема можно установить с двух сторон медных и латунных фитингов, которые применяются для извлечения газа. Фитинги и контактные разъемы прочно крепятся с применением силиконового герметика, чтобы закрытый контейнер получился совершенно герметичным.

Как сделать водородный двигатель своими руками

Создание генератора водорода — эффективный способом существенного сокращения топливных расходов. Задача — подать в камеру сгорания специальный газ (система Брауна). Ниже приведена простая пошаговая инструкция.

Сборка электролита

Используйте 8 электролитических пластин из нержавеющей стали (16×20 см), уложив их друг на друга. У них уже должно быть отверстие сверху. Просверлите еще по одному отверстию толщиной 1 см. Между ними поместите ПВХ проставки (толщиной 3 мм). Стальные пластины не должны касаться друг друга. С помощью винтового соединения скрепите конструкцию.

Подготовка пластикового контейнера

Подготовьте ёмкость. Вставьте два длинных винта внутрь крышки, зазоры закройте герметиком. Прикрепите провод к каждому винту, обмотав его вокруг, оставьте снаружи контейнера. Сделайте еще одно отверстие в крышке и вставьте туда резиновый шланг, погрузив его в воду. Другой конец трубки должен открываться в пластиковый корпус воздухозаборника автомобиля.

Нужно будет просверлить отверстие в корпусе, чтобы вставить трубку. Для более прочного соединения используйте фитинги из ПВХ на обоих концах. Налейте дистиллированную воду, заполнив половину объёма. Положите пол чайной ложки соли или полную пищевой соды, хорошо перемешайте.

Поместите электролит из нержавеющей стали в контейнер, убедившись, что он хорошо погружен. Любые промежутки внутри ёмкости должны быть заполнены герметиком, чтобы предотвратить утечку газа. Внутри тары мгновенно образуются пузырьки, газ начал вырабатываться.

Соблюдайте осторожность

Вырабатываемый газ – это взрывоопасная смесь водорода и кислорода, поэтому использовать его нужно с максимальной осторожностью. В контейнере содержится много газа, имеется вероятность его возгорания, а при избыточном давлении может даже произойти взрыв. Во избежание детонации газа внутри генератора водорода трубы из контейнера должны соединяться с другим контейнером, наполненным водой наполовину. При возгорании на выходе пламя не проникает обратно в устройство. Это устройство безопасности совершенно необходимо и его необходимо обязательно устанавливать.

Как видите, водородный генератор – это не просто плод воображения, а на самом деле реальное устройство, которое снижает затраты топлива для машины. Также водород неопасный для атмосферы.

Водородная установка для автомобиля, с нее все начиналось

Согласно историческим сведениям, первый двигатель ДВС был водородный, хотя порой использовался и светильный газ. Но потребовалось еще много лет для совершенствования подобного мотора, и только в 1859 году был построен первый самоходный экипаж, топливом для которого служили упомянутые газы. Так что можно сказать, что современный транспорт начинался с автомобиля с водородным двигателем. Хотя в дальнейшем он уступил свое место бензиновому.

Известно несколько случаев, когда при отсутствии привычного горючего, водородный генератор обеспечивал автомобиль топливом. Но тем не менее, при всех достоинствах такого источника энергии он не нашел широко применения, хотя многие автомобильные корпорации, та же самая Toyota, работают над возможностью создания автомобиля на водородном топливе, и надо сказать не без успеха.

Чуть-чуть о доверчивости и наивности

Некоторые находчивые воротилы рекомендуют на продажу водородный генератор на авто. Рассказывают про отделку лазером поверхности электродов или про уникальные тайные сплавы, из которых они выполнены, специализированные катализаторы воды, разработанные в научных лабораториях мира.

Все зависит от способности мысли подобных бизнесменов к полёту научной фантазии. Доверчивость способен выполнить вас за ваши же средства (порой даже не малые) хозяином установки, у которой через два месяца эксплуатации разрушатся контактные пластины.

Если вы захотели этим методом экономить, то лучше собирать установку своими силами. Как минимум, не на кого потом будет пенять.

Типы установок

На данное время водородный генератор для автомобиля может быть укомплектован тремя разными по типу, характеру работы и продуктивности электролизёрами:

  1. Простой, цилиндрического типа. Создает 700 миллилитров газа за минуту. Такой продуктивности достаточно для двигателей с объёмом работы до 1,4 литров.
  2. С ячейками раздельного типа. Является наиболее эффективным по типу конструкции и продуктивности. Выход газа превосходит 2 литра за минуту. Такой объём дает возможность использовать его на грузовом транспорте.
  3. Электролизёр с пластинами открытого типа. Данная конструкция обеспечивает добавочное охлаждение системе, благодаря чему может применяться при непрерывной эксплуатации агрегата. Выход газа изменяется количеством пластин реактора.

Первый вид конструкции вполне достаточен для большинства карбюраторных двигателей. Отсутствует необходимость в установке сложной электронной схемы регулятора продуктивности газа, да и сама сборка подобного электролизёра не представляет трудности.

Для намного мощнее машин предпочтительна сборка второго типа реактора. А для двигателей, работающих на дизеле, и большегрузных машин применяют Третий тип реактора.

Регулятор тока

Водородный генератор на авто во время работы повышает собственную продуктивность. Связано это с выделением тепла при реакции электролиза. Рабочая жидкость реактора чувствует нагрев, и процесс течет намного интенсивнее. Для контроля над течением реакции применяют регулятор тока.

Если не уменьшать его, может случиться просто закипание воды, и реактор перестанет выдавать газ Брауна. Специализированный контролер, выверяющий работу реактора, дает возможность менять продуктивность с увеличением оборотов.

Карбюраторные модели оснащают контроллером с традиционным тумблером 2-ух рабочих режимов: «Магистраль» и «Город».

90 000 автомобилей на водороде — факты и мифы 90 001
Мировая автомобильная промышленность все еще ищет более совершенные и экологически чистые приводы. Абсолютным фаворитом этой битвы являются электрические водородные автомобили, предшественником которых является серийно выпускаемая Toyota Mirai
. Пришло время развеять ваши самые большие страхи и сомнения по поводу этого типа привода.

Как работает водородный двигатель в автомобиле?

Водородный двигатель — это фактически силовая установка, основным топливом которой является, конечно же, водород — самый распространенный элемент на Земле в природном виде.В случае Toyota Mirai водородный привод дополнительно использует очень эффективную гибридную технологию, основанную на взаимодействии топливных элементов и электродвигателя.

Вопреки распространенному мнению, принцип работы водородного двигателя достаточно прост. Электричество, полученное с его помощью, создается в процессе, известном нам уже более двух столетий, и это обратный электролиз воды. Короче:

  1. заправляем баки водородом,
  2. водород идет на топливные элементы,
  3. в клетках идет реакция, заключающаяся в соединении ионов водорода в аноде с кислородом в катоде,
  4. при соединении водорода с воздухом образуется вода,
  5. Поток электронов между электродами создает электричество, приводя в действие электродвигатель и заряжая аккумулятор.

Как видите, "побочным эффектом" этого процесса является чистая вода, и автомобиль не выбрасывает выхлопные газы.

Что такое водородный элемент?

Водородные топливные элементы — это место, где происходит реакция синтеза водорода и кислорода, и поток электронов производит электричество. В случае с Toyota Mirai топливные элементы расположены под капотом автомобиля, а водород находится в трех баках, которые суммарно могут вместить до 5,6 кг этого газа.Электричество от водородных ячеек запасается в аккумуляторе, а его потоком управляет специальный блок управления PCU, уже прекрасно известный по гибридам Toyota.

Безопасен ли водородный автомобиль?

Безопасность в контексте использования водорода в качестве топлива в автомобильной промышленности — тема, породившая множество мифов, не имеющих ничего общего с реальностью. Зачастую само определение водородных автомобилей как «электростанций на колесах» может способствовать ошибочным выводам и затемнению образа в целом.Но самое главное, что и баки с водородом, и технология выработки энергии с использованием этого горючего газа полностью безопасны для участников дорожного движения.

Вот несколько фактов от Toyota Mirai второго поколения, подтверждающих высочайший уровень водородной безопасности:

  1. Возможное самовоспламенение водорода происходит при температуре выше, чем у бензина или дизельного топлива и составляет до 575 градусов Цельсия.
  2. Водород горит в виде небольшого узкого столба огня, что ограничивает его быстрое распространение.
  3. Водород
  4. в 14 раз легче воздуха, что облегчает его выброс в атмосферу.
  5. Резервуары для водорода изготовлены из очень плотных композитных материалов, обладающих гораздо большей прочностью, чем сталь, и имеют при необходимости предохранительные клапаны, удерживающие водород внутри.
  6. Усиленная конструкция кузова Toyota Mirai и отделение салона автомобиля от водородных баков исключают контакт газа с пассажирами.
  7. В ходе испытаний водородные баки успешно выдержали экстремальные испытания механических повреждений, например, обстрел из огнестрельного оружия.

Можно ли купить водородный автомобиль в Польше?

Да, водородные автомобили доступны на польском рынке, и лучшим примером этого является Toyota Mirai, работающая на водороде. В настоящее время цена такого автомобиля не является низкой, потому что она начинается примерно с 300 000 злотых, но на такое положение вещей, конечно же, влияет инновация этой технологии и стоимость производства автомобилей, использующих топливные элементы.

Выпускает ли водородный автомобиль выхлопные газы?

Нет, водородный автомобиль не выделяет выхлопных газов и единственным побочным эффектом химической реакции в системе является вода.Более того, Toyota Mirai второго поколения — это первый автомобиль, очищающий воздух во время вождения. Благодаря специальным фильтрам он улавливает микроскопические твердые частицы, выбрасываемые другими автомобилями. Для сравнения, проехав на Toyota Mirai 10 000 километров, мы чистим воздух на одного человека за целый год.

Как заправляется водородный автомобиль?

Заправить автомобиль водородом не только очень просто, но и чрезвычайно быстро и безопасно. В случае с Toyota Mirai на полное заполнение баков водородом общей емкостью 142,2 литра уходит менее 5 минут.Пока в Польше нет ни одной водородной заправки, но к 2022 году планируется построить 11, а к 2025 году – 32.

Сколько стоит водород в Польше?

Пока не существует инфраструктуры для широкого распространения водорода, цена на этот газ для транспортных средств может быть только приблизительной. Сравнивая текущие цены на водород, например, в Германии, где килограмм этого топлива стоит менее 10 евро, можно предположить, что в Польше мы заплатили бы около 40 злотых за килограмм водорода.Таким образом, полная заправка топливных баков Toyota Mirai (емкость бака 5,6 кг) обойдется примерно в 225 злотых, что примерно соответствует стоимости автомобиля, работающего на бензине, и расходе топлива около 8 литров на 100 км.

Сколько сжигает водородный автомобиль?

Водородный автомобиль Toyota Mirai потребляет 0,84 кг водорода на 100 км. С баками, содержащими всего 5,6 кг этого газа, это дает запас хода до 650 км на одной заправке.

Является ли водородный автомобиль динамичным?

Водородный привод не означает более низкую производительность и снижение динамики движения.Наоборот, на примере Toyota Mirai второго поколения можно смело сказать, что эти параметры весьма впечатляющие. Комплект топливных элементов, используемый в этой модели, дает мощность 182 км, что на 10% лучше, чем у предыдущего поколения автомобиля. В результате Toyota Mirai на водороде разгоняется с 0 до 100 км/ч за 9 секунд, а в диапазоне 40–70 км/ч за 2,8 секунды, максимальная скорость составляет 175 км/ч.

.90 000 автомобилей с водородным двигателем - как это работает?

Водород можно использовать для питания автомобилей двумя способами. Его можно использовать в качестве топлива в традиционном двигателе, который сжигается в камере, или его можно использовать в топливных элементах для выработки энергии для привода электродвигателя. Энергия связи водорода и кислорода в молекуле воды h3O меньше суммарной энергии связи молекул водорода h3 и кислорода O2.

Следовательно, , когда водород и кислород связываются с молекулами воды, вырабатывается избыточная энергия. Он может быть удален из системы в виде тепла (которое преобразуется в механическую энергию в двигателе внутреннего сгорания) или в виде электрохимической энергии (в топливных элементах).

Расположение компонентов в автомобиле с водородными элементами

(фото: пресс-материалы / Honda)

Преждевременное зажигание является серьезной проблемой при использовании водорода в поршневых двигателях. Причинами этого являются, прежде всего, очень низкая энергия воспламенения водорода и широкий диапазон пределов воспламеняемости.Кроме того, при сгорании водорода в воздухе образуются небольшие количества оксидов азота. Примером такого решения является BMW Hydrogen Series 7. Еще одним недостатком в данном случае является использование жидкого водорода для хранения.

Правда, в жидком состоянии в 846 раз меньше, чем в газообразном при температуре 0 градусов Цельсия и давлении 1 атм, но потребляет много энергии и поэтому его надо охлаждать до температура -253 градуса Цельсия.Так машина не может долго стоять без запуска. Подсчитано, что примерно через 9–14 дней водород нагреется до такой степени, что превратится в газ и испарится из резервуара.

В автомобилях, использующих топливные элементы, баки используются для хранения сжатого водорода. Их цилиндрическая форма напоминает те, которые используются для сжиженного нефтяного газа. Однако конструктивно они гораздо более совершенны с точки зрения применяемой технологии. Внутренний слой из алюминия или стали (ок.20 процентов общая масса), а снаружи покрыт композитным материалом.

Благодаря этому они обладают высокой устойчивостью к механическим повреждениям и сравнительно небольшим весом. Например, Honda FCX Concept использует 171-литровый бак, в котором хранится газ под давлением 35 МПа. С полным баком машина способна проехать 569,7 км.

Схема работы автомобиля на топливных элементах относительно проста. На первом этапе водород из бака подается в камеру, куда также подается воздух, чаще всего с применением турбокомпрессора.Затем ток (постоянный ток) передается от ячейки к тяговому преобразователю, где он преобразуется в переменный ток и передается на асинхронный двигатель. Заключительный этап – передача крутящего момента на колеса автомобиля.

Водородные баки на Honda FCX Concept 2006

(фото: пресс-материалы / Honda)

Самым важным элементом всей системы, конечно же, являются топливные элементы. Это электрохимические устройства, вырабатывающие полезную энергию (электричество, тепло) в результате химической реакции между водородом и кислородом.Ячейка состоит из двух электродов: катода и анода. Они разделены электролитом или электролитической мембраной. Они пропускают поток катионов и блокируют поток электронов .

Когда он попадает на анод, он распадается на протоны и электроны. Первые могут свободно проходить через электролит к катоду, к которому подается воздух. С другой стороны, поток электронов к катоду проходит через внешнюю цепь , вызывая генерацию электрического тока.Эта электрохимическая реакция водорода и кислорода производит электричество, воду и тепло.

  • Реакция на аноде: h3 => 2H + + 2e -
  • Реакция на катоде: ½ O2 + 2H + + 2e - => h3O
  • Это можно резюмировать следующим образом: h3 + ½ O2 => h3O, что сопровождается выделением тепла и электричества.

Существует множество типов топливных элементов.Один из критериев, согласно их можно разделить на температурные, так как некоторые из используемых веществ обладают очень хорошими электролитическими свойствами при высоких температурах. Мы различаем высокотемпературные и низкотемпературные топливные элементы .

Эксплуатация первого происходит при температуре около 600 градусов Цельсия. Они могут использовать водород низкой чистоты, а также некоторые углеводороды, такие как метан. Еще одним преимуществом является их высокая эффективность. К сожалению, самым большим недостатком является высокая инерционность ячейки по времени, ее нельзя запустить сразу, поэтому в автомобилестроении они не используются.

Низкотемпературные элементы используются в автомобилях. Они работают при температурах ниже 250 градусов Цельсия, но, к сожалению, для них требуется чистый водород. Однако нет необходимости использовать термостойкие материалы, что обеспечивает безопасность и благоприятно для использования в автомобилях.

Электродвигатели в Honda FCX Concept 2006

(фото: пресс-материалы / Honda)

Существует три основных типа низкотемпературных элементов.Первыми являются щелочные топливные элементы (AFC), где электролитом является гидроксид калия. Рабочая температура от 65 до 220 градусов Цельсия, что способствует быстрому вводу в эксплуатацию. Они имеют высокий КПД, малый вес и малую вместимость. Также они отличаются относительно коротким сроком службы и большими проблемами с отводом воды, которые необходимо устранять перед повторным запуском.

В фосфорнокислотных топливных элементах (PAFC) в качестве электролита используется концентрированная фосфорная кислота. Рабочая температура составляет от 150 до 205 градусов Цельсия. Они отличаются высокой устойчивостью к углекислому газу, однако имеют ряд недостатков, таких как высокая коррозионная активность, попадание воды и разбавление электролита, большие габариты и масса.

Топливные элементы для Honda FCX Concept 2006

(фото: пресс-материалы / Honda)

В концепте Honda FCX используются элементы с электролитической мембраной PEM (протонообменная мембрана). В стандартной ячейке PEM электролит представляет собой полимерную мембрану, покрытую тефлоном. Рабочая температура от 160 до 195 градусов Цельсия, но благодаря использованию Хондой ароматических соединений удалось уменьшить диапазон температур, и в модели FCX Concept он составляет от -20 до 95 градусов Цельсия.

Преимуществами являются, конечно же, быстрый запуск, отсутствие коррозии, вызванной электролитом, высокий КПД, компактная конструкция и прочные материалы, используемые для изготовления диафрагмы. К сожалению, процесс его производства очень дорог, в т.ч.в необходимостью использования платины.

Система водородного привода для Honda FCX Concept 2006

(фото: пресс-материалы / Honda)

Водородные топливные элементы, безусловно, станут преемником традиционного двигателя внутреннего сгорания. Электромобили — это только переходное поколение. Со временем это в конечном итоге снизит стоимость производства топливных элементов до такой степени, что автомобилей на водороде станут доступными на каждые , и тогда они быстро заменят традиционные двигатели внутреннего сгорания.Когда это произойдет? Надеюсь, не при жизни.

Оцените качество нашей статьи: Ваши отзывы помогают нам создавать лучший контент.

.90 000 автомобилей на водороде - 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 машине установить 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 вылететь 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, представляют большую опасность при возгорании 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 — это генерация электроэнергии из топливных элементов — мы не храним энергию, приводящую в движение электродвигатель, в батареях, а вырабатываем ее на постоянной основе из топлива, которое есть у нас в бак.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 по электрической цепи, 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 в Польше станции заправки водородом? 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 .

.90 000 польских водородных автомобилей - GazetaPrawna.pl

Автомобиль с установкой, позволяющей заменить бензин более дешевым и экологичным водородом, представили во вторник ученые из Люблинского технологического университета.Установка, созданная учеными из Люблина, представляет собой систему, которую можно использовать с любым двигателем с искровым зажиганием.

"Мы использовали чистый водород горения, топливо, которое производит водяной пар в результате его сгорания", - сказал проф.Мирослав Вендекер с машиностроительного факультета Люблинского технического университета, руководитель группы, которая уже много лет занимается исследованиями водородного топлива в автомобильных двигателях.

Работы по установке заняли два года

Ученые установили его на легковой автомобиль марки Opel Corsa, оснащенный четырехцилиндровым двигателем с многоточечным впрыском топлива, искровым зажиганием и рабочим объемом 1364 куб.см.

проф.Вендекер подчеркнул, что работы по использованию водорода в качестве автомобильного топлива ведутся уже много лет, в том числе в автомобильных концернах, однако, большинство из них касается модификации двигателей транспортных средств или совершенно новой конструкции. «Водород взрывоопасен, и попытка сжечь его в обычном двигателе заканчивается его разрушением», — пояснил он.

Установка ученых из Люблина представляет собой систему, которую можно использовать с любым двигателем с искровым зажиганием.Принцип его действия аналогичен установке на сжатом природном газе. "Нам не пришлось делать специальный проводородный двигатель. Этот автомобиль не теряет своей способности ездить на обычном топливе. Он может работать на оригинальном бензине, а также может работать на водороде", - сказал проф. Вендекер.

По его мнению, стоимость такой установки в автомобиле будет сопоставима со стоимостью газовой установки.«Если будет создана инфраструктура для заправки водородом, люди об этом быстро узнают. Если такой инфраструктуры нет, дело кончится дальнейшими научными достижениями», — отметил он.

Популярность и прибыльность таких решений, по мнению Вендекера, зависит от затрат на производство водорода, для которого требуется электричество.«Дело в том, насколько дешевой будет электроэнергия и будет ли она поступать из возобновляемых источников. Нет искусства сжигать уголь, производить электроэнергию и затем производить водород, искусство производить водород с использованием экологических решений», - отметил он.

Ученые Люблинского технологического университета также разработали электролизер, то есть электрический генератор водорода, который производит водород из электричества и воды.Также ведутся работы по строительству солнечной установки, обеспечивающей электричеством электролизер.

По подсчетам ученых, при использовании современных технологий производство 1 кВтч электроэнергии из солнечных источников может стоить ок.30 грошей, а затем произведенный из такого источника водород мог стоить около 4 злотых за эквивалент 1 литра бензина.

Вендекер сказал, что рассчитывает на интерес со стороны автомобильной промышленности после презентации автомобиля с системой заправки водородом.По его мнению, для внедрения в производство установки, построенной в Люблинском технологическом университете, потребуется от двух до шести лет.

"Миллионы людей уже приспособили свои автомобили для работы на газообразном топливе.В мире насчитывается около 700 миллионов автомобилей, поэтому есть простор для маневрирования и перевода сегодняшнего автопарка на газовое топливо, особенно на водородное топливо», — добавил проф. Вендекер.

.

Топливные элементы - Vademecum для студентов техникума

Определение, исторический обзор

Топливный элемент представляет собой устройство, в котором химическая энергия, содержащаяся в топливе, преобразуется в электричество и тепло. Принцип работы водородных элементов был открыт в 1838 году швейцарским химиком Кристианом Фридрихом Шёнбейном. Он опубликовал ее в январском номере журнала Philosophical Magazine за 1839 год, и на основе этой работы валлийский ученый сэр Уильям Гроув создал первый работающий топливный элемент.Ячейка Грова работала по принципу обратного электролиза воды и производила небольшое количество электроэнергии. Однако это понятие никем не использовалось. В 1889 году Лангер и Монд попытались построить топливный элемент, работающий на угольном газе. Однако в то же время велись исследования по созданию двигателя внутреннего сгорания с автоматическим зажиганием (Дизель 1893 г.) и идея топливных элементов была забыта на долгие годы.

Рис. Первый топливный элемент Уильяма Грова, производящий электроэнергию на основе обратного электролиза воды.

Только в 1932 году Фрэнсис Бэкон разработал первый успешный щелочной топливный элемент с никелевым электродом, работающий на чистом водороде и кислороде, который уже был предшественником современных решений. Несмотря на доказательство принципа действия, Бэкону и его коллегам потребовалось 27 лет (1959 г.), чтобы показать настоящее устройство мощностью 5 кВт. В том же году Гарри Карл Ириг показал трактор на топливных элементах мощностью 20 л.с. В 1960-е годы наблюдался бум исследований клеток, в основном благодаря космической программе и поиску большой батареи для космического корабля.Топливный элемент кажется здесь идеальным решением, тем более что отходами является вода, столь необходимая для космонавтов. При строительстве кораблей и космических станций создаются первые ячейки с полимерными мембранами ПЭМ или АСК в качестве источника электроэнергии и воды. Такие корабли, как Gemini 5 и 7, серия Apollo или космическая станция Skylab, оснащены топливными элементами.

Рис. Топливный элемент PEM, используемый в космическом корабле Gemini.

Дальнейшее технологическое развитие элементов происходит в восьмидесятых и девяностых годах, что позволило использовать топливные элементы в коммерческих целях, т.е.в в автомобилях-прототипах. В течение многих лет ученые пытались преодолеть технический барьер миниатюризации клеток. В 2005 году компания Intelligent Energy выпустила первый в мире мотоцикл ENV, полностью разработанный для работы на топливных элементах. Нам удалось преодолеть барьеры миниатюризации, создав полимерные элементы с питанием от метанола – ДМТЭ, что позволяет использовать их в портативной электронной технике, используемой вдали от источников зарядки аккумуляторов, например, в портативных компьютерах – ноутбуках или мобильных телефонах.

Рис. Бостон. Мотоцикл работает на гидразине и воздушном топливном элементе. один галлон при скорости 25 миль в час мог проехать 200 миль.

В настоящее время топливные элементы имеют несколько различных решений, отличающихся структурой протонпроводящего электролита или топливом, используемым для реакции. Диапазон рабочих температур составляет от нескольких десятков градусов для кислородно-гидридных элементов и мембраны из ПЭМ до почти 1000°С для керамических элементов.В последнем, SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), также известном как высокотемпературный электролит, имеется керамический слой из оксида циркония ZrO 2 , стабилизированного оксидом иттрия Y 2 O 3 (8-10 мол. ), который при 1000°С является прекрасным проводником анионов кислорода. Топливные элементы использовались в автомобильной промышленности в качестве источника энергии, в качестве источника тепла и электроэнергии в бытовых и промышленных установках, а в последнее время в качестве элемента хранения энергии, использующего водород из электролитического разложения воды для производства электроэнергии и тепла.

13.2

Принцип водородно-кислородного топливного элемента

Эта ячейка состоит из двух электродов (анода и катода), разделенных тонким слоем электролита в виде полимерной обменной мембраны (ПЭМ). Электроды ячейки изготовлены из пористого материала, насыщенного катализатором (например, платиной). В водородно-кислородной ячейке газообразный водород подается на анод, где он окисляется (отдает свободный электрон, е - ), в результате чего образуются катионы водорода (протоны), Н + по формуле реакция.

На катоде подаваемый к нему кислород реагирует с электронами, восстанавливаясь до иона О2 - .

Мембрана ПЭМ проницаема только для протонов, но не пропускает ни электроны, ни ионы O 2 - поэтому ионы водорода свободно достигают катодного пространства, реагируя с ионами оксида и образуя воду. Процесс экзотермический с выделением большого количества тепла.

Электроны от анода достигают катода по электрической цепи, вырабатывая электричество для питания устройств. Весь процесс показан на схеме ниже.

Рис. Схема работы водородно-кислородного топливного элемента с мембраной ПЭМ

Первые элементы PEM, произведенные General Electric и использовавшиеся на кораблях Gemini, имели срок службы около 500 часов, что было более чем достаточно для космической миссии.Себестоимость производства 1 кВт в них составляла 100 000 долларов. . Программа развития этого типа ячеек была продолжена в сотрудничестве с новым типом полимерной мембраны, названной в 1967 году как Nafion и зарегистрированной под торговой маркой Dupont. Этот тип мембраны стал стандартом для клеток PEM и остается таковым по сей день. Высокая стоимость первых электролизеров была вызвана, в том числе, большим количеством платинового катализатора Pt. Платины было целых 28 мг на 1см 2 электродов.В современных клетках это значение снижено до 0,2 мг, что радикально снизило затраты на их производство. Чаще всего конструкции топливных элементов являются ячеистыми, при этом одиночная ячейка анод/полимер/катод имеет толщину примерно 200 микрон. Такая ячейка генерирует напряжение порядка 1 В, поэтому ячейки затем соединяются в стопки с помощью биполярных пластин. Основная функция биполярных пластин в топливном элементе

заключается в равномерном распределении горючего и окислителя по всей поверхности каждого электрода.Кроме того, они электрически соединяют электроды отдельных элементов и являются конструктивными элементами батареи топливных элементов. Ячейки PEM достигают полезной мощности 100-500 000 Вт.

Рис. Конструкция топливного элемента.

13.3 Классификация и свойства топливных элементов.

В настоящее время топливные элементы можно разделить на четыре основные группы:

Низкотемпературные элементы (75-80) ºC-используются в качестве портативных источников энергии (мобильные телефоны, портативные компьютеры и т.д.)) Этот класс элементов включает: Твердополимерный электролитный топливный элемент для краткости (PEMFC), прямой метаноловый топливный элемент (DMFC) и щелочной топливный элемент для краткости (AFC).

Среднетемпературные ячейки (210 ºC) – также известные как ячейки первого поколения, используемые на электростанциях мощностью до 11 МВт. Этот класс включает топливный элемент на фосфорной кислоте (PAFC).

Элементы второго поколения (до 650 ºC). Прототипы этой ячейки достигают мощности до 100 кВт.Работа над этим типом клеток в настоящее время находится в стадии активного развития. Представителем второго поколения элементов является расплавленный карбонатный топливный элемент (MCFC).

Элементы третьего поколения (650–1000) ºC-твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ), привлекающие наибольшее внимание благодаря своим характеристикам и универсальности. Из-за

с высокой рабочей температурой до 1000ºC, планируется подключение данного типа ячеек в контурах с газовыми или паровыми турбинами.КПД одиночной ячейки достигает 60%, а в цикле с газовой турбиной (система наддува) даже до 85%.

Рис. Типичные области применения различных топливных элементов.

Таблица. рабочие параметры различных ячеек

.

Авто-Газ Бескид - газовые установки на автомобили (легковые автомобили, микроавтобусы, установка газовых двигателей, газовые двигатели, автомобили, авто, газ, газ)

Цены на топливо в последнее время динамично растут. Мы стараемся экономить топливо, избегая, например, ненужных походов в магазин, совмещая решение нескольких дел в одну поездку или пользуясь общественным транспортом. Более опытные водители следуют определенным правилам, создавая экономичные приемы вождения, подкрепленные опытом.

Мы также должны понимать, что при сжигании традиционных видов топлива, таких как бензин или дизельное топливо, мы выбрасываем в атмосферу огромное количество загрязняющих веществ, которые в значительной степени способствуют возникновению парникового эффекта.

Можем ли мы что-то с этим сделать?

Есть ли топливо для нашего автомобиля, которое поможет нам сэкономить и будет экологически чистым?

ГИДРОКСИДНАЯ УСТАНОВКА - HHO

Первоначально технология была направлена ​​только на сокращение выбросов CO2.Как потом выяснилось - незапланированной, но очень желательной целью было снижение расхода топлива.

Снижение стандартного расхода топлива распространяется на автомобили, работающие на бензине, масле и сжиженном газе.

Водород является дополнением к стандартному топливу, которое одновременно подается для питания двигателя.

СПОСОБ ДЕЙСТВИЯ:

В камере генератора ГНО после подачи на него тока, вырабатываемого генератором переменного тока, происходит процесс электролиза воды, продуктом которого является смесь водорода и кислорода, т.е.Газ HHO (газ Брауна). Затем эта смесь направляется во впускную систему двигателя, откуда вместе с всасываемым воздухом попадает в камеру сгорания, где сгорает вместе с основным топливом. Спрос на газ HHO варьируется в зависимости от мощности двигателя. Мы настраиваем их, используя генератор соответствующего КПД и регулируя его КПД силой тока, которым он питается.

Генератор производит водород и кислород путем электролитической диссоциации. Молекула воды (h3O) разделяется на газообразный водород (h3) и кислород (O2) в соответствии со стехиометрической реакцией 2h3O → 2h3 + O2.В результате образуются две молекулы водорода и одна молекула кислорода.

БЕЗОПАСНОСТЬ:

Газ вырабатывается только при работающем двигателе и сразу же сгорает. Газ никак не хранится, а его количество регулируется в зависимости от мощности двигателя. Ток для его генерации берется от генератора, и система не нагружает аккумулятор.

ТЕХНИЧЕСКОЕ УТВЕРЖДЕНИЕ:

Генератор имеет техническое заключение.Хотя это не требуется ни для одного устройства экономии топлива, если оно не требует внесения технических и конструктивных изменений в транспортное средство. В этой ситуации ни у одного диагноста нет причин сомневаться в законности установки.

УСТАНОВКА ЗАКОННА:

Поскольку он не влияет ни на одну из систем автомобиля, не образует опасного (взрывоопасного) соединения водорода, не представляет опасности и не требует одобрения.

КАКИЕ? СКОЛЬКО? КУДА?

1 литра ДИСТИЛЛИРОВАННОЙ или ДЕМИНЕРАЛИЗОВАННОЙ воды хватает на 600-1000 км пробега
Каждые 200-600 км проверка достаточного уровня воды в баке и, возможно, ее доливка
Уровень воды в баке не должен превышать установленный уровень ( то естьменьше/больше половины бачка)
Каждые 25000 км замена электролита в генераторе (сервис)

Благодаря чистому сжиганию топлива - с чистым кислородом и водородом - двигатель имеет более чистые клапаны и поршни.

Процесс установки полностью обратим.

ПРАЙС-ЛИСТ:

Цена зависит от мощности двигателя.
ЦЕНЫ НА УСТАНОВКУ С СБОРКОЙ:

  • 1-2 л .................................... 1500 злотых / брутто /
  • 2 - 4 л…........................... 2200 злотых / брутто /
  • 4 - 12 л ... ........................ 5100 злотых / брутто /

Проверьте это сами!

Ставим на установку на 2 недели, если не получится, вернем деньги. *

* Мы вычтем только 300 злотых за сборку и разборку.

.

Экологический фокус Hyundai

Hyundai Blue Drive

Защита окружающей среды сейчас очень важна, и даже в 1990-х она не была приоритетом, потому что на дорогах было меньше автомобилей. Еще одной причиной меньшего интереса к этому вопросу стало отсутствие установленных нормативов выбросов вредных веществ с выхлопными газами автомобилей .

История показывает, что развитие автомобильной техники очень динамично. Первый серийный автомобиль сошёл с завода в 1908 году (Форд модель Т). Чуть более ста лет назад произошел значительный технологический скачок.

Развитие автомобилей принесло как положительные (повышение безопасности дорожного движения, улучшение характеристик автомобиля, снижение расхода топлива), так и отрицательные стороны. Возможность автомобильного транспорта оказывает воздействие на окружающую среду. Ужесточение требований в части ограничения выбросов вредных веществ и исчерпания запасов сырой нефти привело к активизации работ по альтернативным источникам энергии, сокращению указанных выше выбросов и одновременному сокращению потребления общепринятых отработанные топлива.

Автомобильные компании пробовали и пробовали различные решения. От комбинации двигателя внутреннего сгорания с электродвигателем - гибридных автомобилей (в настоящее время используются), электромобилей (в настоящее время используются и становятся все более популярными), водородный привод (на стадии исследований и разработок) с по топливные элементы (разработанные и разработанные). Как это для Hyundai?

Корейская компания ведет разнонаправленную работу в области проэкологических сооружений.Исследования и разработки касаются как бензиновых, так и электрических, гибридных автомобилей и автомобилей на топливных элементах.

Hyundai i10 синий СПГ

Hyundai i10 blue CNG

В 2008 году Hyundai представила свой самый маленький автомобиль — модель i10, работающую на природном газе (CNG). Это был один из многих шагов по снижению вредных выбросов выхлопных газов, в том числе углекислого газа. Такое решение стало возможным благодаря разработке двухтопливного (бензин + СПГ) трехцилиндрового двигателя с турбонаддувом рабочим объемом 0,9 л и максимальной мощностью 98 л.с. Благодаря использованию двух видов топлива: классического бензина и СПГ, автомобиль стал лидером в своем сегменте по выбросам углекислого газа (65 г/км).

Гибрид Hyundai Sonata

Обычно модели автомобилей, предлагаемые в Европе и, например, в США, отличаются по оснащению, качеству изготовления и силовым агрегатам. Корейская компания не исключение. Hyundai Sonata Hybrid не был доступен на европейском рынке, но с 2011 года его можно было купить за границей.Для привода использовались двигатель внутреннего сгорания , бензиновый двигатель рабочим объемом 2,4 л, работающий по циклу Аткинсона, и электроусилитель мощностью 30 кВт . Энергия запасается в литий-полимерных батареях с электродвижущей силой 270 вольт. Гибридный агрегат развивает в сумме 209 л.с. и 265 Нм максимального крутящего момента.

Схема Hyundai Sonata Hybrid

Это был не единственный автомобиль этого типа, предложенный корейцами. Первый гибридный автомобиль Hyundai был показан на автосалоне в Сеуле в 1995 году, .Четыре года спустя дебютировала Elantra HEV, а в следующем году — Accent HEV.

Hyundai Elantra LPG HEV

В 2009 году компания Hyundai показала инновационный на тот момент автомобиль. Новинкой стало сочетание газового двигателя внутреннего сгорания с электрическим двигателем . Это была первая конструкция такого типа в мире, предлагаемая практически только на корейском рынке. Для накопления энергии использовались литий-полимерные батареи. Двигатель Gamma рабочим объемом 1,6 л и электродвигатель мощностью 15 кВт обеспечили хорошую основу для привода автомобиля.Вся мощность передавалась через бесступенчатую коробку передач.

Hyundai Elantra LPG HEV

К сожалению, этот тип решения не был принят. Не исключено, что через несколько лет вернется концепция сочетания гибрида и LPG или CNG.

Hyundai BlueON

В 2010 году был представлен первый электромобиль Hyundai BlueOn. Его дизайн основан на модели i10. Разработка этого типа автомобиля стоила компании много времени и денег (производитель утверждает, что на это ушло 27 миллионов евро).

Первый концептуальный автомобиль был показан годом ранее (2009 г.) на международной выставке во Франкфурте (IAA). Уже тогда предположения о предполагаемом использовании автомобиля ставились на . Во-первых, это должен был быть легковой автомобиль. Проблемой электромобилей была инфраструктура зарядной станции. Как было сказано, такая сеть зарядных станций должна была быть построена к 2012 году. К тому времени компания расширила флот BlueOn до 2500 единиц.

Hyundai BlueOn

Автомобиль приводился в движение электродвигателем мощностью 82 л.с., что позволяло разгоняться до 160 км/ч и достигать 100 км/ч за 12,5 секунды. Максимальное расстояние вождения с полностью заряженными литий-ионными батареями составляет 140 км. Это немного, но по сравнению с предлагаемыми в настоящее время электромобилями это приемлемое расстояние.

Hyundai Blue Уилл

Еще одно предложение компании – концептуальная Blue Will. Это определенно экологически чистый автомобиль, , хотя бы потому, что он в основном был построен из перерабатываемых материалов. Например, фары сделаны из пластиковых бутылок.Биопластики также использовались для изготовления корпусов двигателей и отделки некоторых деталей интерьера.

Снижение веса стало возможным благодаря использованию углеродного волокна. Также были установлены экологически чистые шины с пониженным коэффициентом трения. Новшеством в Blue Will является использование тепловых генераторов для преобразования энергии горячих выхлопных газов в питание отдельных систем автомобиля . Интересным решением являются солнечные батареи, встроенные в стеклянную крышу.Собранная таким образом энергия поддерживает электродвигатель и некоторые системы автомобиля.

Hyundai Blue Will (фото: sub5zero.com)

Этот проэкологичный автомобиль был оснащен бензиновым двигателем внутреннего сгорания и вспомогательным электродвигателем мощностью 100 кВт. В отличие от большинства гибридных автомобилей, Blue Will использует литий-ионные полимерные батареи для хранения энергии. По словам производителя, автомобиль может проехать 60 км без использования двигателя внутреннего сгорания.

Топливный элемент Hyundai ix 35

Новейшее решение Hyundai, т.е. оснащение автомобиля т.н. Топливный элемент уже запущен в серийное производство. Как следует из названия, это автомобиль на топливных элементах. Этот тип альтернативы сочетает в себе преимущества двигателя внутреннего сгорания и электрического двигателя. Впрочем, это не новинка в автомобильном мире. Исследования по использованию водородных топливных элементов для привода автомобиля путем выработки электроэнергии (FCEV - Fuel Cell Electric Vehicle) проводились/проводятся такими компаниями, как: Mercedes-Benz, BMW, Volkswagen, General Motors, Toyota, Kia и Хендай.

Hyundai ix35 Fuel Cell в разрезе (фото обзор hyundai.com)

Плодом этой работы стали лишь концепт-кары, о которых говорили, что это будущее в мире легковых автомобилей, а может и не только. Это подтверждается, например, количеством выпущенных автомобилей этого типа (Mercedes построил всего 90 моделей B-класса на топливных элементах).

Hyundai

, наверное, первая и единственная компания, которая решила уйти от схемы создания интересных и развивающих концепт-каров. В феврале этого года в Ульсане, где расположен завод корейского производителя, стартовало серийное производство специальной версии модели ix35, получившей название ix35 Fuel Cell .

Большинство людей удивлены тем, что этот тип продукта не был представлен, например, производителем автомобилей премиум-класса. Стоит отметить, что исследования компании по использованию водорода для питания транспортных средств проводились в течение 15 лет (на данный момент построено около 200 прототипов, начиная от городских автомобилей и заканчивая автобусами).

Hyundai ix35 Fuel Cell

— это внедорожник/кроссовер FCEV третьего поколения.Работа ведется с 2000 года. Тогда тестовой базой была модель SantaFe. Самой большой задачей для инженеров компании было уменьшение габаритов топливных элементов и снижение расхода топлива (использовать, например, водородный бак меньшего размера, а значит — уменьшить массу автомобиля).

Hyundai ix35 Fuel Cell

Третья модель (ix35), испытанная на использование водородных элементов, существенно не отличается от версии, работающей на ископаемом топливе. Внешне мы можем узнать его только по эмблеме «Fuel Cell» и отсутствию выхлопной системы.Более заметны изменения в интерьере. Просто загляните в багажник. Фальшпол является результатом использования двух водородных баков общим объемом 144 литра, способных вместить 5,64 кг сжатого газа до 70 МПа (700 бар) . Несмотря на то, что пол приподнят при сложенных спинках сидений второго ряда, пол в машине ровный.

Как работают топливные элементы?

Работа топливных элементов заключается в преобразовании химической энергии водорода в электромеханическую энергию .Водород, протекающий через анод, разделяется на протоны и электроны. Через полимерно-электролитную мембрану проходят только протоны, а электроны отделяются и собираются для приведения в действие приводного устройства. Полученная энергия запасается в литий-полимерных батареях мощностью 24 кВт .

Этот процесс приводит в действие электродвигатель мощностью 136 л.с. Такая мощность позволяет автомобилю разгоняться до 100 км/ч за 12,5 секунды и развивать максимальную скорость 160 км/ч.Это важные параметры, но самым важным является запас хода автомобиля. Hyundai ix35 Fuel Cell способен проехать около 600 км , потребляя при этом в среднем около 1 кг бензина на 100 км (в зависимости от дорожных условий). Максимальную дальность полета, вероятно, можно было бы увеличить, например, за счет уменьшения снаряженной массы автомобиля, но в настоящее время это затруднительно. Hyundai с водородными элементами на 200-500 кг тяжелее версии с обычным двигателем (снаряженная масса ix35 Fuel Cell составляет 1830 кг).Разброс обусловлен разнообразием версий двигателей и оборудования.

Принцип работы топливных элементов в Hyundai ix35 Fuel Cell

Как обстоят дела с безопасностью эксплуатации у такого автомобиля? Конечно, Hyundai провела соответствующие исследования. Задние краш-тесты на скорости 84 км/ч показали, что, несмотря на более высокую скорость, чем предполагалось тестами EuroNCAP, водородные баки не протекали..

Электрические автомобили и автомобили с водородными элементами, несомненно, являются будущим автомобильной промышленности.В последние годы Hyundai добилась значительного прогресса в создании экологически чистых автомобилей. Вне зависимости от того, какое направление будет взято и будет широко использоваться в мире, корейская компания с самого начала сможет конкурировать с другими автомобильными концернами в этой области. Излишне говорить, что зеленый привод Hyundai является образцом для .

.

Смотрите также

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