Существует две проблемы с этим методом производства водорода. Первая — это выброс углекислого газа, парникового газа, который вреден для атмосферы Земли. Во-вторых, газ метан является ископаемым топливом и не возобновляется.
Автомобили на водороде – «двойка» за экологию
Могут ли «зеленые» технологии сделать это? Оказывается, он может. В отличие от других «зеленых» разработок, будущее водородных автомобилей сегодня выглядит очень зловеще. Некоторое время назад этот сектор казался наиболее перспективным и многообещающим. Когда вы заправляете автомобиль водородом, единственное, что выходит из выхлопной трубы, — это водяной пар. Нулевые выбросы — предел наших мечтаний! Honda FCX, работающая на водородном топливе, получила награду «Всемирный зеленый автомобиль года» в 2009 году.
Мы не будем говорить о печали, но рассмотрим вариации технологий, на которых работают водородные автомобили. Их ровно два. В первом случае водородом заправляется автомобиль с обычным двигателем внутреннего сгорания, который может работать как на бензине, так и на водороде. В последнем случае топливные элементы устанавливаются в электромобилях и вырабатывают электроэнергию из комбинации водорода и кислорода (именно так был установлен вышеупомянутый Honda FCX).
Обычный бензиновый двигатель после некоторых модификаций может быть приспособлен для работы на смеси воздуха и водорода. Дизельное топливо для этого не подходит, так как смесь не воспламеняется при сжатии. Теоретически при сгорании смеси должна выделяться только вода, но на практике это не так. Когда чистый кислород смешивается с водородом, выделяется вода. Однако, когда воздух, состоящий в основном из азота, смешивается с водородом, его оксиды присутствуют в испарителе. Чтобы справиться с этим, необходимо уменьшить состав смеси, но при этом производительность двигателя снижается почти наполовину! В целом, 100% экологической чистоты достичь невозможно.
Второй метод, с использованием водорода, намного чище. Топливные элементы выделяют только тепло и воду, но производят электроэнергию. Другими словами, их можно сравнить с водородными ячейками. Напряжение одного элемента мало, поэтому они должны быть объединены в одну батарею. Однако их вес, размер и, самое главное, стоимость очень высоки. Цена является препятствием для широкого использования топливных элементов.
Эксплуатационные проблемы водородных автомобилей
Общей проблемой для обоих типов является хранение водорода в автомобиле. Смесь водорода и воздуха очень взрывоопасна. Что произойдет с водородным автомобилем в случае аварии? Для обеспечения приемлемого уровня защиты водород должен храниться в сжиженном состоянии. Резервуары для сжиженного газа — это дорогостоящее и тяжелое оборудование. Если водородные автомобили получат широкое распространение, потребуется сеть заправочных станций, что потребует затрат времени и денег.
Но все эти проблемы — ничто по сравнению с главным вопросом. Откуда берется водород? Существует два основных способа его получения: из метана и из воды.
Но, мягко говоря, получение его из метана также кажется нелепым и не идеальным с экологической точки зрения. Судите сами. При потреблении энергии мы преобразуем один вид топлива в другой. При добыче водорода из метана выделяется углекислый газ. Мы хотели избавиться от этого, поэтому построили водородный двигатель. Ну, газ — это невозобновляемый ресурс, который рано или поздно будет исчерпан.
Идея получения водорода из воды кажется более привлекательной. На планете много воды, но извлечение водорода из нее требует огромного количества энергии. Очень важно, что энергия, необходимая для производства водорода, превышает количество энергии, доступной для использования в автомобилях.
Недавно на автосалоне во Франкфурте Mercedes представил первый серийный водородный кроссовер GLC. Вскоре его можно будет приобрести по всему ЕС.
Как работают автомобили на водороде?
Конструкция водородного автомобиля очень похожа на конструкцию электромобиля. Это тот же электродвигатель, но отличается тем, что аккумулятор получает энергию не от сети, а в результате химической реакции с участием водорода. Сама реакция происходит внутри уникальной реакторной ячейки — топливного элемента. Ячейка состоит из пары пористых электродов (катода и анода), разделенных полимерной мембраной с тонким слоем катализатора.
На схеме со стороны анода подается водород из специального баллона, а со стороны катода — кислород. Их встреча вызывает химическую реакцию, в ходе которой протоны свободно проходят через полимерную мембрану, а электроны задерживаются, создавая тенденцию. В результате вырабатывается электричество, которое по цепи подается на электродвигатель автомобиля.
Как вы можете видеть, во время этой химической реакции происходит «нулевой» выброс. Это чистый, безвредный водяной пар, который предпочитают защитники окружающей среды. Такое устройство также делает водородные автомобили независимыми от рутинного технического обслуживания — нет необходимости менять надоевшее масло или свечи зажигания. Это еще одно преимущество как для окружающей среды, так и для кошелька водителя.
Проблема, однако, заключается в том, что водород в «готовом» виде для транспортных средств редко встречается на планете. В основном его добывают из таких газов, как метан и пропан, путем химических реакций. Сам по себе водород не вреден для окружающей среды, но в процессе добычи в атмосферу выделяется вредный углекислый газ. Несмотря на то, что в настоящее время этот процесс осуществляется, экологически чистый метод производства водорода пока не найден.
Водородные автомобили.
Существуют альтернативные способы производства водорода: — из бурого угля.
— из бурого угля — недорогое производство водорода. Однако сырье является легковоспламеняющимся и практически не поддается транспортировке. -Из побочных продуктов промышленности — сегодня производится достаточно водорода, чтобы обеспечить энергией от 250 000 до 750 000 автомобилей.
Таким образом, для эксплуатации водородных автомобилей во всем мире необходимо большое количество водородных заправочных станций, а их в настоящее время очень мало. Сегодня водородные заправочные станции распространены только в США, Германии и Японии. В настоящее время в России существует только одна автозаправочная станция, которая является неофициальной. Существует несколько причин такой нехватки, основными из которых являются.
-Водород взрывоопасен. Потому что хранение «топлива» требует высокого уровня мер безопасности; — строительство и обслуживание объекта, а также работа специалистов, стоит больших денег. -Взрывоопасный характер «топлива» также требует осторожности при заправке. Поэтому на большинстве АЗС этот процесс автоматизирован, что также требует больших затрат.
Электромобили по-прежнему проигрывают автомобилям с двигателями внутреннего сгорания, это:.
— Ограниченная автономность электромобилей, небольшой диапазон расстояний, преодолеваемых на одной зарядке. — Пока не так много зарядных станций. — Отличный процесс зарядки аккумулятора. — Сложность эксплуатации при нулевой температуре.
Водородные автомобили обладают следующими характеристиками.
-Возможность стабильной работы при температуре 6°C. Экспериментальные исследования показали, что некоторые автомобили, работающие на водороде, полностью функционируют при температуре -25°C. — Заправка бака автомобиля водородом длится 3-5 минут. — Единственный способ решить эту проблему — установить электродвигатель на каждую ось.
Автомобили на водороде против электромобилей
Для сравнения возьмем одну из самых ярких моделей автомобилей, работающих на жидком водороде — кроссовер Nexo от корейского производителя Hyundai.
-600 километров автономности (с полным и исправным баком) — 161 л.с. — Разгон до 100 км/ч всего за 9,5 секунд.
Электромобиль представлен Tesla Model Y, самым ожидаемым кроссовером последних лет, представленным харизматичным бизнесменом и миллиардером Илоном Маском.
Плюсы автомобиля на водороде
Начнем с основных преимуществ Hyundai Nexo:.
1. автомобиль не только не загрязняет воздух вредными соединениями и газами, но даже способствует его очистке. Разработчики утверждают, что система фильтрации способна поглощать до 99,9% вредных примесей из обрабатываемого воздуха. Оборудование очищает до 10 кг воздуха в час — этого достаточно для более чем 40 человек.
2.Уже доказано, что 10 000 автомобилей, работающих на сжиженном водороде, могут заменить около 600 000 взрослых деревьев в крупных городах.
3.Водород — один из самых распространенных элементов в журнале Менделеева. С другой стороны, литий, который необходим для батарей электромобилей, встречается относительно редко. Производители уже вовлечены в настоящую «торговую войну» за этот элемент.
4. Ученые нашли новый способ перемещения и хранения водорода в автомобилях. Навесной блок используется для хранения элемента в виде аммиака. Это оборудование преобразует аммиак обратно в водород перед использованием в том же Crossfire от Hyundai.
5. возможность покупки подержанных водородных автомобилей: в отличие от электромобилей, топливные элементы изнашиваются гораздо медленнее, чем батареи. Например, жизнь клетки для химической реакции составляет 250 000 километров.
На несколько километров Mirai производит один стакан дистиллированной воды, которая очень полезна (она имеет легкий привкус).
Водородные автомобили
Корейский производитель представил свое второе поколение углеводородного кроссовера Nexo с четкой позицией «новаторского автомобиля с нулевым содержанием CO2». Новая система позволила Hyundai Motor Company значительно увеличить
Корейский автопроизводитель представил то, что он назвал первым автомобилем будущего. Модель работает на специальном топливе. Внедорожник K1 дебютировал в 2012 году. Hyundai.
Японская Toyota представила экологический водородный автомобиль на Токийском автосалоне в 2013 году, а на мировой рынок он вышел в 2015 году.
Эффективное, но дорогое топливо
Общественность привыкла к баталиям по поводу популярности гибридов, двигателей внутреннего сгорания и электромобилей. Последний остается наиболее предпочтительным, но кто из них эффективнее и экологичнее? Далее мы должны рассмотреть автомобили, работающие на водороде. Такие автомобили очень похожи на электромобили, так как отсутствуют вредные выбросы, но главное преимущество — это заправка. Заполнение бака водородом занимает около 10 минут, и топлива хватает на расстояние 500 км. Звучит гораздо выгоднее, чем электромобили, не так ли?
Уже в 1990-х годах производители начали разрабатывать автомобили, работающие на топливных элементах. Основными причинами поиска альтернативных видов топлива стали введение новых стандартов выбросов CO2 и энергетический кризис. Электромобили, единственные экологически чистые транспортные средства, доступные в то время, имели ряд ограничений, включая длительный срок службы батарей, малый радиус действия и дорогие компоненты. В результате компании начали искать альтернативные способы питания своих автомобилей.
В качестве основного топливного элемента был выбран водород. Его химические свойства, экологичность и экологическое богатство привели инженеров к мысли, что работа с этим веществом может принести пользу и впечатляющие перспективы. Водородные автомобили должны преодолевать те же расстояния, что и их бензиновые собратья, с той же мощностью и скоростью. Однако самое сложное заключалось в другом. Как построить правильный двигатель и доставить энергию топливных элементов в нужное место?
Оказывается, первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, был изобретен еще в прошлом веке. Большинство экспертов склоняются к исследованию французского натуралиста Франсуа де Риваза, который получил водород путем электролиза воды в начале 19 века. В современном мире ведущие производители практически одновременно выпускают водородные автомобили с аналогичной базовой технологией «заправки».
Принцип работы автомобилей на водородных элементах
Механизм работы и тип двигателя очень похожи на те, что используются в электромобилях, основное отличие заключается в способе получения энергии. Автомобили на топливных элементах также используют электричество для передвижения, но не от зарядных розеток. Энергия вырабатывается в результате физических и химических реакций, происходящих в самом устройстве. Принцип работы заключается в следующем.
- Автомобиль работает на водороде, который вступает в контакт с кислородом и катализатором. В результате генерируется электрический ток, который питает двигатель и аккумулятор.
Автомобили заправляются на специальных станциях, которые производят собственный водород путем электролиза воды. Обслуживание автомобиля означает замену использованных водородных элементов. Обычной практикой является замена каталитической мембраны, способствующей выработке электроэнергии.
