Как работает водородный двигатель: Водородный двигатель: принцип работы и устройство

Содержание

что это, как работает, схема, фото, безопасность,

Водородный автомобиль считается самым экологичным транспортом наряду с электрокарами. Заправка авто на водородном топливе занимает считанные минуты, а «горючего» хватит на 400 км и более. А баллон водорода после использования оставляет после себя полведра чистой воды.

Почему же автомобильные концерны неохотно переходят на этот альтернативный источник энергии? Вопрос в стоимости и производстве этого газа.

В автомобилях с водородным двигателем применяются специальные топливные ячейки. Называются такие авто FCEV, что расшифровывается как Fuel Cell Electric Vehicles — электрокары с топливным элементом вместе батареи. Самая известная модель – это Toyota Mirai. А вообще многие модели есть только в виде концепта, серийно пока выпускается немного экземпляров.

В статье расскажу что это такое — водородный автомобиль, принцип работы и устройство, что такое водородный двигатель, плюсы и минусы авто на водороде, список моделей, ждёт ли будущее эта технология. Обещаю, будет интересно!

Немного истории

Впервые двигатель внутреннего сгорания придумал Франсуа Исаак де Риваз в 1806 г. Этот изобретатель извлёк чистый водород при помощи такой технологии, как электролиз воды. Он изобрёл поршневой двигатель, который назвали в его честь — машина де Риваза. Через пару лет изобретатель сконструировал передвижное устройство с настоящим водородным двигателем. Таким образом, первый водородный автомобиль появился гораздо раньше, чем думают многие.

Риваз и его машина

А самые первые водородные топливные элементы создал в 1863 году английский учёный Вильям Гроув. При помощи опыта он выявил, что при разложении воды на кислород и водород высвобождается энергия. В дальнейшем он создал водородные ячейки, которые стали называть Fuel Cell. Их можно было объединить для получения необходимого количества энергии для автомобиля.

Во время блокады Ленинграда был высокий дефицит бензина, а вот водорода было немало. Техник Б. Шелищ предложил вместо стандартного топлива применять смесь воздуха и водорода для двигателей. Таким образом, в городе работало на водороде более 500 автомобилей ГАЗ-АА.

Первый водородный автомобиль на топливных ячейках создала компания General Motors в 1966, и назывался он GM Electrovan. Гораздо позже, в 1980-х годах, одновременно во многих развитых странах (Япония, США, Канада, Германия и СССР) запустили эксперимент по созданию автомобилей, которые использовали в качестве топлива водород, а также его смеси с бензином и природным газом.

Фото GM Electrovan

После этих экспериментов в 2000-х годах крупные автоконцерны стали разрабатывать коммерческие автомобили на водородном двигателе. Самым продвинутым и популярным автомобилем стал Toyota Mirai, в котором находится многоячеистый топливный генератор.

На данный момент создание автомобиля на водородном топливе – это дорогое удовольствие, поэтому многие производители ищут способы для снижения этих расходов.

А что значит водородное топливо на самом деле?

Что такое водородное топливо?

Водородное топливо поставляется на заправки в газообразном или жидком состоянии. Водород в этом виде уменьшается в объёме более чем в 800 раз. Примерное время одной заправки составляет не более 3-5 минут. Для сравнения – заправка бензином занимает примерно то же самое время.

На чём ездит водородный автомобиль? На водороде – экологически чистом источнике энергии.

Водород для топлива добывают следующими способами:

Электролиз воды. Это выделение водорода из воды с помощью электричества. Такой метод применяется в тех регионах, где стоимость электроэнергии дешёвая, в том числе и в России. Чистота выхода водорода при помощи электролиза – около 100%! Но здесь присутствует повышенное загрязнение окружающей среды. Предсказывают, что когда-нибудь будут созданы множество солнечных и ветряных электростанций, которые будут производить топливо без отрицательного воздействия на окружающую среду.
Паровая конверсия метана. Этот природный газ нагревают до температуры 1000 градусов по Цельсию и смешивают с катализатором. Этот метод будет работать до тех пор, пока метан не закончатся в недрах земли. Реформированный водород – самый популярный и дешёвый метод создания.
Газификация биомассы. Это извлечение водорода в реакторе из отходов животных и сельского хозяйства, а также сточных вод. Сейчас существуют огромные территории с биомассой, потенциал которой не оценён и тратится впустую.

В чём преимущество этого альтернативного источника энергии?

Топливные элементы не выделяют вредных выбросов.
Огромный потенциал и возможные прибыли.
Моментальная заправка автомобилей (3 минуты).
Топливные ячейки на 80% эффективнее бензина, а также дёшево стоят.

Автомобиль на водороде не оставляет так называемого «углеродного следа», который загрязняет окружающую среду. Например, Toyota Mirai за 100 км пробега выделяет 5 л воды и больше ничего, никаких выбросов в атмосферу. Но, к сожалению, на Земле слишком не существует месторождений чистого водорода, а вот нефти и газа – хоть отбавляй. Зато водорода полным-полно в атмосфере, но в виде соединений, которые надо разрушить, чтобы извлечь желанный элемент. А для этого надо затратить немалую энергию, по сравнению с той, которую мы получим при прямом расходовании водорода.

Плюсы и минусы водородной установки для автомобиля

Расскажу про плюсы и минусы топлива, которым заправляют водородный автомобиль.

Недостатки водородного топлива:

Нет эффективного способа добычи газа, к тому же производство загрязняет окружающую среду.
Для создания сети водородных заправок требуются внушительные средства (около 2 млн. долл. на одну среднюю заправку). Поэтому очень сложно найти заправки, их практически нет.
Высокая стоимость автомобиля.
Передвигаться можно лишь в тех местах, где имеются заправки.
Стоимость заправки будет стоить столько же, как и бензин. В этом смысле электрокар гораздо выгоднее.
Водородный автомобиль тяжёлый из-за сложной конструкции: много топливных ячеек, аккумулятор, электропреобразователь, большие баллоны для водорода, где давление целых 700 атм. В электромобиле всё проще – требуется только место под большой АКБ.

Плюсы водородного топлива:

Нет вредных выбросов в атмосферу.
Водородные двигатели практически не шумят.
Быстрая заправка – менее 5 минут.
Есть большой потенциал для развития.
Водород даёт в 3 раза больше энергии, чем бензин.
Высокий крутящий момент при начале движения.
Водорода очень много на планете – 1% от массы Земли. При сгорании он просто превращается в воду, поэтому – это неиссякаемый источник энергии по сравнению с другим ископаемым топливом.
Водород безопаснее бензина, он воспламеняется в 15 раз меньше. Но если на водород попадёт искра, то он моментально воспламенится.
Хороший запас хода водородного авто – 400-1000 км.

Опасен ли водород для человека?

Водород очень летуч, а также это легковоспламеняющийся газ, который хранить и перевозить следует предельно аккуратно. Сгорает он тоже довольно быстро. Например, газ в дирижабле «Гинденбург» полностью сгорел за полминуты, поэтому погибло только треть пассажиров.

Когда на дорогах появится большое количество водородных автомобилей, то надо будет ввести новые меры безопасности. Ведь при пробитии бака с водородом и наличием искр рядом газ может загореться. Поэтому в водородных автомобилях баки делают очень прочные, которые даже могут выдержать выстрел из крупнокалиберного пистолета. Поэтому при соблюдении правил безопасности, авто на водороде не опаснее бензиновых и дизельных моделей.

Чем водородные авто лучше электромобилей?

Этот вопрос не совсем правильный, поскольку автомобили на водородных ячейках и электробатарее считаются электромобилями. Всё зависит от того, чем заправляют машину – водородом или электричеством.

Водород в автомобиле применяют в двух вариантах: сжигание топлива в цилиндрах или подзарядка топливных элементов.

Главное отличие водородных топливных ячеек от батарей в том, что они служат очень много лет и не нуждаются в обслуживании. А батарея в электромобиле выходит из строя уже через 5 лет.

Как выглядит батарея в электрокаре

На холоде водородное транспортное средство включится без проблем, а аккумулятор электрического авто может полностью потерять заряд. Стоимость электрокаров дешевле, чем водородного: Toyota Mirai стоит 57 тыс. долл., а Tesla – от 45 тыс. долл. Водородные машины заправляются за считанные минуты, а электрокары – пару часов.

Теперь перейдём к устройству и принципу работы водородного авто, как он обеспечивает работу двигателя?

Как работает водородный автомобиль

Расскажу про то, как устроен автомобиль на примере популярной модели Toyota Mirai.

Не так давно, в 2013 году Тойота представила миру первый в мире серийный водородный автомобиль Mirai, который сам вырабатывает для себя электричество. В нём находится электрический двигатель, который имеет мощность 154 л. с. В Mirai находятся 370 топливных элементов, постоянный ток которых преобразуется в переменный, а напряжение при этом повышается до 650 В. Максимальная скорость Toyota Mirai 175 км/ч. Дополнительный аккумулятор собирает лишнюю энергию, который может при необходимости обеспечить питание небольшого дома. Запас хода этого автомобиля 500 км, а по факту – примерно 350 км. Для сравнения — электрокар Tesla Model S может пройти на одном заряде целых 540 км, но, к сожалению, зарядка занимает целых 1,5 часа.

За несколько км пробега автомобиль Mirai вырабатывает стакан дистиллированной воды, которая вполне пригодна к употреблению (она с лёгким привкусом пластика).

А как работает топливный элемент, простыми словами? Автомобиль заправляется водородом. Он смешивается с платиновым катализатором и кислородом в электрохимической системе. В результате этой реакции вырабатывается электрический ток, который питает двигатель и аккумуляторную батарею. В результате реакции образуется вода или пар.

Топливные ячейки с протонообменными мембранами сразу же производят энергию, обеспечивают очень высокую мощность и мало нагреваются. Максимальный срок службы водородных ячеек 250 тыс. км пробега, которые при необходимости можно заменить.

А какое устройство и принцип работы водородного двигателя? Для работы применяют роторные ДВС, потому что стандартные поршневые двигатели быстро выходят из строя из-за влияния водорода на смазку и детали ДВС. Из-за высокой разницы между бензином и водородом перевести обычный двигатель непросто, особенно если это делать своими руками. Водород при горении вызывает перегрев клапанов, масла, поршней. Если нагрузку сделать очень высокую, то возникает детонация.

Решили эту задачу заменой чистого водорода на его смесь с бензином. Подача газа уменьшается при повышении крутящего момента, чтобы предотвратить перегрев деталей силового агрегата. Это применяется в таких моделях, как Mazda RX-8 Hydrogen RE и BMW Hydrogen 7, который был выпущен всего в 100 экземплярах. Здесь переключение между 2 типами топлива происходит автоматически. Но, несмотря на успешность эксперимента, всё равно имелись проблемы: сильно падала мощность авто, запаса водорода хватало всего на 200 км, а также из-за наличия бензина автомобиль не был признан экологически чистым.

Mazda RX-8 Hydrogen RE

Зачем в водородных автомобилях платина? Этот дорогой металл использовался в качестве катализатора, цена которого очень высока, что не может не отражаться на стоимости автомобиля. Хотя американские учёные уже создали катализатор на основе углеродных трубок, который стоит в 650 дешевле платины.

Таким образом, механизм работы водородного автомобиля похож на работу электромобилей. Всё дело только в источнике энергии.

Где заправляют водородные автомобили?

К сожалению, заправочных водородных станций в мире совсем мало. В 2018 г. их около 300, половина которых находится в Северной Америке, а другие – в Японии, Германии и Китае.

Кроме этого, существуют домашние и мобильные заправки. Они могут производить около тонны чистого водорода в год. Этого вполне хватит для заправки нескольких автомобилей в день. Топливо производится при помощи гидролиза воды, установку запускают только ночью, чтобы не нагружать электрическую сеть.

Автозаправки бывают 3 типов:

Малые. Они производят около 20 кг водорода в 24 часа. Хватит для полной заправки 5 легковых автомобилей.
Средние. Вырабатывают от 50 до 1250 кг топлива в сутки. Могут в день заправлять 250 стандартных машин или 25 грузовиков.
Промышленные. Производят более 2500 кг чистого водорода. Могут заправлять больше 500 легковушек в сутки.

Заправка состоит из компрессора, диспенсера, системы очистки, электрического лизёра, система хранения водорода. Топливо может производиться как при помощи электролиза воды, так и с помощью паровой конверсии метана.

Для того, чтобы заменить большую сеть бензиновых заправок на водородные, понадобится примерно 1,5 трлн. долларов. А стоимость одной водородной станции обойдётся в 2-3 млн. долл., но окупаемость её быстрее, чем для электрической станции из-за быстрой зарядки.

Список автомобилей на водородном топливе

Существует ли автомобиль на водородном топливе? Да, причём их количество не такое уж и малое. Расскажу про самые популярные модели.

Honda Clarity

Автомобиль продавали в Японии и Калифорнии до 2014 года. Запас хода около 600 км, что больше, чем у любого электрокара. Заправляется Honda Clarity за считанные минуты.

Затем автоконцерн Honda выпустил конкурента Toyota Mirai, цена которого 72 тыс. долл. под названием Clarity Fuel Cell. На полной заправке можно было проехать до 700 км. Мотор имеет мощность 174 л.с. Автомобиль 5-местный.

Toyota Mirai

Это японский автомобиль, который создали после несколько десятков лет разработок. Автомобиль сначала выпустили для японского рынка, а затем и для американского.

Запас хода автомобиля на одной заправке 502 км, максимальная скорость – 178 км/ч., мощность – 153 л.с. В авто встроена система, которая видит препятствия и автоматически включает тормоз. В машине есть сенсорные экраны, при помощи которых осуществляется управление навигацией и микроклиматом.

Ford Airstream

Это гибридный автомобиль с электрическим мотором и водородными ячейками. Поэтому кроме водорода автомобиль может применять для движения аккумуляторы, которые подзаряжаются от водородных элементов.

На аккумуляторе Ford Airstream может проехать около 40 км (это половина заряда), а затем активируется водородное топливо. Запас хода чуть более 450 км, а максимальная скорость — 135 км/ч.

Mercedes-Benz GLC F-CELL

Это первый серийный автомобиль, который сочетает в себе аккумулятор и водородные топливные ячейки. На электричестве он может проехать 50 км, а на водороде – около 430 км. Отмечу, что аккумулятор можно зарядить от обычной электрической розетки.

Автомобиль можно использовать как в качестве электрокара на небольшие расстояния, так и в качестве водородного авто для длительных поездок.

Pininfarina h3 Speed

Это итальянский автомобиль, который способен разгоняться до 100 км/ч всего за 3,4 секунд. Максимально автомобиль может разгоняться до 299 км/ч. Запасы чистого водорода в баке – чуть более 6 кг. Кроме этого Pininfarina имеет мощный аккумулятор и электромоторы. Цена этого продвинутого автомобиля составляет 2,5 млн. долл.

BMW Hydrogen 7

Авто создано на базе стандартной BMW 7. Он работает как на бензине, так и на жидком водороде. В BMW Hydrogen 7 имеется бензиновый бак на 74 литра и большой водородный баллон весом целых 8 кг. Таким образом, максимальный запас хода в этой машине 780 км.

Автомобиль автоматически переключается между двумя типами топлива. Мощность двигателя на водороде – 228 л.с., а на бензине – больше на 32 л.с. Максимальная скорость 229 км/ч, разгон до 100 км/ч осуществляется чуть меньше, чем за 10 секунд.

Hyundai Nexo

Этот автомобильный концерн также стал одним из первых производить серийные водородные автомобили. Мощность двигателя Hyundai Nexo составляет 161 л.с., запас хода – 600 км. Разгоняется авто до 100 км/ч за 10 секунд. Цена автомобиля от 70 тыс. долл.

Grove Obsidian

Это водородный китайский автомобиль нового поколения, у которого запас хода составляет впечатляющие 1000 км. Он экономно расходует топливо за счёт облегчённого корпуса из углеродного материала и невысокому аэродинамическому сопротивлению. Заправка бака происходит всего за 3 минуты, а сам топливный бак очень прочен. А если бак будет повреждён, то водород из него вытечет в жидком виде и сгорит менее чем за 2 минуты.

Серийно автомобили станут выпускать с 2020 года, а к 2030 планируется создать 1 миллион экземпляров.

Другие авто

Ограниченно выпускают:

Audi A7 h-tron quattro;
Hyundai Tucson FCEV;
Mazda RX-8 Hydrogen RE;
Автобус Ford E-450;
Низкопольные автобусы MAN Lion City Bus.

Испытывают:

Focus FCV;
Honda FCX;
Nissan X-TRAIL FCV;
Toyota Highlander FCHV;
Volkswagen — space up!;
Mercedes-Benz A-Class и Mercedes-Benz Citaro;
Irisbus;
Toyota FCHV-BUS;
единичные модели в Чехии, Китае и Бразилии.

Есть ли будущее у автомобилей на водородном топливе

В настоящее время имеется множество препятствий для того, чтобы перевести большую часть автомобилей на водородное топливо:

Высокая цена водорода. Примерная цена 9 долларов на 100 км пробега. Гибридный автомобиль (Toyota Prius) проедет те же сто км за 2,8 долларов, а Tesla Model S – за 3 бакса. А снижение цены на водород до уровня цен на бензин не прогнозируют даже сами производители автомобилей. Поэтому здесь не получится никакой экономии как при покупке транспорта, так и при заправках.

Производство водорода — вредно для экологии. Сейчас водород производится при помощи паровой конверсии метана, либо частичного окисления. После производства чистого водорода в атмосферу оксид углерода (углекислый газ, CO₂), против которого борются многие страны при помощи альтернативных источников энергии для автомобилей. Поэтому здесь получается замкнутый круг.

Отсутствие развития водородных заправок. Для открытия средней водородной заправочной станции требуется не очень большие средства. Все станции можно пересчитать по пальцам, поэтому на водородном автомобиле далеко не уедешь. Придётся осуществлять поездки только в тех местах, где имеются эти самые водородные станции.

Высокая цена на водородные автомобили. Цена на Toyota Mirai на данный момент составляет от 58 тыс. долларов, а на самом деле его продают почти по себестоимости. Из-за таких цен многие не спешат с покупкой таких автомобилей.

Отсутствие преимуществ перед электрокарами. Запас хода, цена заправки, безопасность, мощность и разгон – везде выигрывают электрические автомобили по сравнению с водородными машинами. Единственный плюс у водородных авто – это очень быстрая заправка – 3-5 минут, тогда как электромобили заправляются за 30 минут и более. В любом случае можно в электрокарах можно быстро поменять батарею и через пару минут ехать на «полном баке». Да и когда изобретут более быстрый метод заправок электрических автомобилей, то водородные авто отойдут на 2 план.

Для чего тогда автоконцерны производят и разрабатывают автомобили? Во-первых, это вложение, вдруг через несколько лет именно эта технология окажется наиболее перспективной. Во-вторых, между фирмами идёт соперничество. В-третьих, в некоторых штатах законодательство так поменялось, что сделать водородное авто в 5 раз выгоднее, чем электрокар, плюс государство даёт постоянные гранты и вливания на развитие заправок. Если появится большое количество заводов по производству водорода, то цена автомобилей и водорода будет более интересная.

Видео: Автогиганты бьют по ТЕСЛА: ВОДОРОДНЫЕ автомобили будущего!

Водородный автомобиль – это авто будущего, к переходу на которые могут перейти в недалёком будущем. Сейчас самый популярный авто на водороде – это Toyota Mirai, стоимость которого сравнима с ценой электрокаров. Обеспечивается работа автомобилей при помощи специальных топливных ячеек или элементов, число которых достигает несколько сотен.

Если бы цена на газ была меньше, а заправок было бы больше, то авто с водородными двигателями получили бы не меньшую популярность, чем электромобили. Посмотрим, что покажет будущее.

Да

77.78%

Не знаю

22.22%

Уже попробовал

Проголосовало: 9

Водородный двигатель: работа, виды, недостатки и преимущества

El водородный двигатель остается одной из ставок на будущее автомобильной промышленности. Его работа дает ему ряд преимуществ которые позволяют вам оставаться на плаву, несмотря на ваши недостатки. По этой причине такие бренды, как Toyota, BMW, Mazda, Hyundai и Ford, сделали большие вложения в этой технологии.

В этой статье мы рассмотрим как работает водородный двигателькакие тип есть и какие они основные плюсы и минусы. Таким образом, можно понять, почему несколько компаний продолжают работать над ним, несмотря на расширение аккумуляторные электромобили.

Есть два типа двигателей, которые используют водород, двигатели внутреннего сгорания y los
двигатели для переоборудования топливных элементов. Давайте посмотрим, как они работают и какие преимущества и недостатки у каждого из них.

Индекс

1 Водородный двигатель внутреннего сгорания
- 1.1 Как работает двигатель внутреннего сгорания на водороде?
- 1.2 Примеры двигателя внутреннего сгорания на водороде
2 водородный двигатель на топливных элементах
- 2.1 Работа двигателя на водородных топливных элементах
- 2.2 Примеры автомобилей на водородных топливных элементах
3 Недостатки водородного двигателя
4 Преимущества водородного двигателя
5 Как заправляется водород
6 автономность водородного автомобиля
7 Безопасен ли водородный автомобиль?

Водородный двигатель внутреннего сгорания

эти двигатели они используют водород как бензин. То есть они сжигают его в камерах сгорания для получения взрывов (кинетической энергии и тепла). По этой причине обычный бензиновый двигатель можно приспособить для сжигания водорода так же, как они приспособлены для ГПП o GNC.

Подпишитесь на наш Youtube-канал

Как работает двигатель внутреннего сгорания на водороде?

Работа этого двигателя очень похожа на работу бензинового двигателя. водород используется в качестве топлива y el
кислород как окислитель. Химическая реакция инициируется искрой, которую можно произвести с помощью вилки.

В водороде нет атомов углерода, поэтому реакция соединение двух молекул водорода с одной молекулой кислорода, чтобы высвободить энергию и воду. Выражается в химическом уравнении: 2 Н2 + О2 → 2 Н2О.

El результат его химической реакции просто водяной пар. Однако двигатели внутреннего сгорания на водороде может производить некоторые выбросы полученный в результате его эксплуатации. Например, небольшое количество NOx, воздухом и теплом камеры сгоранияили выбросы произведено сжечь немного масла которые пересекают поршневые кольца.

Como эль водород это газ, хранится в резервуаре при давлении 700 бар. Это в 350-280 раз превышает обычное давление в автомобильных шинах (от 2 до 2,5 бар). Хотя были и автомобили, которые хранили водород в жидком состоянии при очень низкой температуре, как вы увидите ниже.

Двигатели внутреннего сгорания на водороде предлагают некоторые интересные преимущество над обычными двигателями внутреннего сгорания, Так, например, теоретически они могли работать на очень бедной смеси (лямбда близка к 2). То есть они могли бы использовать небольшое количество топлива, чтобы использовать весь поступающий воздух и стать очень эффективными.

Примеры двигателя внутреннего сгорания на водороде

БМВ 750 гл они являются хорошим примером водородного двигателя, появившегося на свет в 2000 году. Хотя на самом деле это был бензиновый двигатель BMW, адаптированный также для сжигания водорода.

Однако у него было несколько недостатков: во-первых, он хранил жидкий водород. Для чего требовался очень дорогой склад из материалов аэрокосмической промышленности. хранить при температуре ниже -250ºC. Что-то, чего можно было достичь только в течение 12 или 14 дней, периода, в течение которого водород постепенно испарялся и благополучно выбрасывался в атмосферу. Второй недостаток заключается в том, что при использовании водорода потерял большую часть своей мощности и эффективности. El
задний БМВ Водород 7 В 2005 году он уже частично решил эти проблемы и довел водород до давления 700 бар без необходимости поддерживать его при низкой температуре.

Другим хорошим примером является Водородный двигатель Водолей. Двигатель, работающий на ископаемом топливе, разработанный израильской компанией и адаптированный для использования водорода. Первая функциональная версия была представлена в 2014 году, а позже появилась модифицированная и улучшенная версия. По словам его разработчиков, он может работать без смазочного масла и имеет систему газообмена для снижения выбросов NOx.

Кроме того, этот двигатель внутреннего сгорания на водороде очень легкий и имеет очень мало частей, поэтому его производство будет дешевым. Он может работать как расширитель диапазона для электромобилей или как генератор электроэнергии для электросети.

водородный двигатель на топливных элементах

Его полное имя водородный двигатель на топливных элементах. Несмотря на слово «топливо», они не сжигают водород. Они используют его для производства электроэнергии посредством процесса, обратного электролизу. Именно поэтому они носят с собой аккумулятор, в котором происходит химическая реакция.

Работа двигателя на водородных топливных элементах

Как и в водородном двигателе внутреннего сгорания, водород хранится в баке под давлением 700 бар. Только вместо того, чтобы подавать его к двигателю, он достигает топливный элемент с одним анодом и одним катодом (как аккумулятор).

Попав в него, водород (Н2) проходит через мембрану, который разбивает его на два иона водорода и два свободных электрона. Выражается в виде химического уравнения: Н2 → 2Н+ и 2е-. Это происходит потому, что указанная мембрана электрически изолирована и пропускает 2H+, но не пропускает электроны.

Эти электроны переходят от анода к катоду. от аккумулятора по внешней цепи, тем самым генерируя ток электрический. Образовавшиеся ионы водорода связываются с кислородом воздуха, образуя воду. Выражается химической формулой: h3 + 1/2 O2 → h3O.

По этой причине водородный двигатель на топливных элементах да, это нулевые выбросы, так как при сжигании масла не образуются NOx или газы, как в случае сжигания.

La мембрана используется в этих двигателях это дорого, потому что сделано из платины. Тем не менее, есть работы по решению этой высокой стоимости. Например, в Техническом университете Берлина разработали сплав железа, который мог бы значительно снизить затраты, если бы его удалось запустить в производство.

Примеры автомобилей на водородных топливных элементах

Этот тип двигателя был выбран многими автомобильными брендами. Например, Хонда с ее Топливный элемент ясностиили Тойота с Mirai и другие тяжелые транспортные работы, такие как грузовик с водородным двигателем.

К ним следует добавить Хендай Нексо, el
Хопиум машина, Ленд Ровер защищать водород, el
BMW i Водород СЛЕДУЮЩИЙ, el
Мерседес GLC F-CELL и грузовик той же марки Genh3.

Недостатки водородного двигателя

Катализаторы, используемые в химической реакции водородного двигателя на топливных элементах, имеют дорогие материалыкак платина. По крайней мере, до тех пор, пока его не заменят более дешевым, вроде упомянутого выше из Берлинского технического университета.
Для получения водорода необходимо провести термохимические процессы для ископаемого топлива или электролиз воды, что требует затрат энергии. Основная критика водородных двигателей, поскольку электричество можно было хранить непосредственно в аккумуляторе электромобиля для использования.
Как только водород получен, его необходимо вводить под давлением в камеры или баки. Процесс, который также требует дополнительных затрат энергии.
Лас- водородные элементы его дорого производить, они должны быть очень устойчивыми, чтобы выдерживать высокое давление, при котором должен храниться водород.

Преимущества водородного двигателя

El вес водородных элементов меньше чем у аккумуляторов электромобилей. Именно поэтому его использование в большегрузном транспорте изучается как альтернатива аккумуляторным электромобилям. Чтобы иметь возможность преодолевать большие расстояния, их вес очень велик.
Зарядка водорода быстрее чем сегодня заряжать аккумулятор электромобиля.
В отличие от аккумуляторного электромобиля, водородному транспортному средству на топливных элементах не нужна большая батарея. Вот почему требуется меньше лития или других материалов, которых может не хватать. Двигатель внутреннего сгорания на водороде не требует напрямую литиевой батареи или других подобных.
Топливные элементы продлевают жизнь автомобиля. В отличие от электрических батарей, замена которых из-за их размера и емкости очень дорога. Батарея, связанная с водородным двигателем, меньше по размеру и, следовательно, ее дешевле заменить.
По сравнению с двигателем, работающим на ископаемом топливе, в водородных двигателях на топливных элементах используется электродвигатель, поэтому они очень тихий.

Как заправляется водород

Водородные двигатели имеют тот недостаток, что их бак или топливный элемент должен содержать водород под очень высоким давлением. Следовательно точки снабжения также должны соответствовать с давлением 700 бар что они несут

Эсто требует создания инфраструктуры запаса, чтобы иметь возможность заправлять этот тип транспортного средства. То есть та же проблема, что и у аккумуляторных электромобилей. Тем не менее, заправка намного быстрее чем у них, потому что он такой же, как у автомобилей LPG или GLC.

автономность водородного автомобиля

Современные автомобили с двигателем на водородных топливных элементах имеют такую же автономию, как и бензиновые. Например, Toyota Mirai объявляет 650 км при полной ячейке, Hyundai Nexo 756 км y el
BMW iX5 Водород 700 км.

другие, как Hopium Machina объявляет о запасе хода в 1.000 км., хотя это цифра, которая на данный момент должна быть подтверждена, когда она произойдет. В любом случае автономность не так важна, как в электрическом аккумуляторе, так как заправка происходит гораздо быстрее. Что вы должны принять во внимание, так это количество точек заправки.

Безопасен ли водородный автомобиль?

Бренды работают годами на этом типе двигателя улучшить эффективность, низкие затраты и, конечно же, заставить их быть загар страхование таких как ископаемое топливо.

Кроме того, стандарты безопасности, требуемые в Европе, США и Японии, являются гарантией безопасности автомобилей с водородным двигателем. Не вдаваясь в подробности, Toyota хвастается тем, что бак Mirai настолько прочный, что даже пуленепробиваемый.

Увидим ли мы день, когда все автомобили будут работать на водороде? Время покажет. Ясно то, что бренды продолжают инвестировать и что у него есть некоторые преимущества, которые делают его правдоподобной альтернативой транспорту с нулевым уровнем выбросов.

Как работает водородный двигатель

Перейти к содержимому

НАШИ ПОСЛЕДНИЕ ВИДЕО

➡️ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ЭТОЙ НОВОСТНОЙ СТАТЬИ

26 марта 2022 г.
3 По
Анжела Линдерс

Водородный автомобиль все чаще упоминается в заголовках по мере того, как мир обезуглероживается, что заставляет многих людей задуматься о том, как работает водородный двигатель. Нередко удивляешься тому факту, что в этих транспортных средствах используются электродвигатели, как и в аккумуляторных электромобилях (BEV). По этой причине они технически известны как электрические, обычно называемые электромобилями на топливных элементах (FCEV).

Основное различие между BEV и FCEV заключается в том, что FCEV производят собственное электричество.

BEV имеют аккумулятор, который необходимо подключить и зарядить, чтобы получить электричество, которое будет использоваться электродвигателем. С другой стороны, когда речь идет о водородных двигателях, электричество производится внутри. Заправка добавляет h3 к герметичным бакам. Чтобы понять, как это работает, давайте сделаем шаг назад и посмотрим на топливный элемент, который по сути представляет собой силовую установку внутри автомобиля.

https://youtu.be/NoPLxldm_MEВидео не может быть загружено, так как отключен JavaScript: как работают автомобили на водородном топливе? Использование [топливных элементов и двигателей внутреннего сгорания] (https://youtu.be/NoPLxldm_ME)

В топливном элементе используется процесс, называемый обратным электролизом. Электролиз расщепляет молекулу воды на кислород и h3. Обратный электролиз делает обратное. Топливный элемент питается водородным топливом из баков транспортного средства. Затем добавляется кислород из окружающего воздуха. Реакцией этой комбинации является вода, тепло и электрическая энергия. Вода выпускается в виде пара через выхлоп FCEV. Электричество используется для зарядки бортовой батареи (батареи пиковой мощности) и для питания электродвигателя. В результате эти автомобили не производят никаких выбросов парниковых газов, включая CO2, в результате своей работы.

Это объясняет, почему водородные двигатели работают на водороде и не требуют подключения к сети.

Батарея пиковой мощности является важной частью конструкции. Хотя это батарея, она значительно меньше и легче, чем батарея, которая используется для питания электромобиля. Причина, по которой он не должен быть таким большим, заключается в том, что он постоянно перезаряжается топливным элементом.

Водородные двигатели, как и электромобили, также могут рекуперировать энергию торможения. Это позволяет двигателю преобразовывать кинетическую энергию автомобиля обратно в электричество, которое используется для поддержания заряда батареи пиковой мощности.

сообщите об этом объявлении

Поиск по сайту

Не пропустите нашу бесплатную электронную книгу…

Новости энергетики 24/7

О водородном топливе Новости

Водородные компании растут быстрее, чем когда-либо предоставлять самые лучшие обновления возобновляемых источников энергии на рынке. Теперь доступны новостные видеоролики на английском, французском, немецком и китайском языках. Наша цель — донести до читателей во всем мире новости науки о топливных элементах, альтернативах зеленому водороду и отчеты об исследованиях. Сообщите нам о новостях о водороде в вашем регионе на нашей странице пресс-релиза по альтернативным источникам энергии и не пропустите последние перечисленные сегодня вакансии в области возобновляемых источников энергии. . Спасибо, что выбрали новости HFN сегодня!

Как работает водородный автомобиль?

► Альтернатива электромобилям
► Они потребляют электроэнергию, но по-разному хранят ее
► Плюсы и минусы в 2022 году

Полностью электрические и гибридные автомобили с аккумуляторным питанием — эталон экологичных транспортных средств заменить двигатель внутреннего сгорания. Но есть и третий вариант, который часто упускают из виду: автомобили на водороде.

Водород использовался в качестве топлива для транспортных средств на протяжении десятилетий; Еще в 1807 году Франсуа Исаак де Риваз разработал первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, а полтора века спустя ученый Роджер Биллингс переоборудовал двигатель Ford Model A для работы на водороде. Перенесемся немного вперед: водород используется для отправки ракет НАСА в космос.

Будущее за автомобилями на водородных топливных элементах?

Дополнительная информация об электромобилях

Лучшие электромобили для покупки
Наш выбор самых дальнобойных электромобилей
Сколько стоит зарядить электромобиль?
Лучшие электрические внедорожники и кроссоверы

Но в 2022 году, в путь, есть ряд автомобилей, работающих на водороде; от лондонских автобусов и вилочных погрузчиков до Toyota Mirai, Hyundai Nexo и Honda Clarity.

Автомобили на водороде не покорили мир, но они предлагают более экологичную замену бензину и, возможно, альтернативу электромобилям с батарейным питанием.

Как на самом деле работает водородный автомобиль?

Водород можно использовать в качестве топлива для автомобилей двумя способами. Во-первых, это водородные топливные элементы, которые работают аналогично электромобилям с литий-ионными батареями.

Однако, в то время как энергия в батареях накапливается в результате химической реакции, энергия в водородных элементах хранится в газообразном водороде.

Газообразный водород хранится в резервуаре, питающем топливные элементы, каждый из которых состоит из отрицательных и положительных выводов (анодов и катодов), разделенных электролитом. Кислород берется из воздуха и перекачивается к катоду, а водород поступает к терминалу платинового анода, который действует как катализатор, отделяя положительные ионы водорода от газа.

Эти ионы проходят через электролит к катоду, создавая положительный заряд. Поскольку отделенные электроны не могут проходить через электролит, они обтекают внешнюю цепь, создавая заряд, используемый для питания электродвигателя.

А выбросы? Когда ионы водорода вступают в контакт с катодом, они объединяются с кислородом, образуя воду, которая затем вытекает из выхлопных газов автомобиля; он такой чистый, что его можно пить.

Использование водорода для сжигания

Водород также может использоваться в качестве прямой замены бензина или дизельного топлива в специализированном или переоборудованном двигателе внутреннего сгорания. В этом случае газообразный водород под давлением впрыскивается непосредственно в камеру сгорания двигателя, и сгорание происходит как в обычном ДВС.

Такое использование водорода не является распространенным явлением, так как его энергоемкость ниже, чем у бензина. Но сжигание водорода производит меньше выбросов, при этом вода является основным побочным продуктом, и меньше токсичных газов NOx, выделяемых теплом, выделяемым двигателем.

Как и большинство передовых технологий, он также участвовал в гонках: Aston Martin Rapide S, оснащенный гибридным водородным двигателем специалистами Alset, соревновался с N24, при этом автомобиль мог переключаться между бензиновым и водородным топливом. Кроме того, Mazda RX-8 Hydrogen RE, впервые представленная в 2003 году, была еще одним водородным двухтопливным автомобилем с ДВС, но его производство было прекращено в 2011 году.0005

Какие преимущества?

Наиболее очевидным преимуществом водородного топлива, по крайней мере, когда речь идет об электромобилях на топливных элементах (FCEV), является отсутствие выбросов и вредных побочных продуктов, которые производят автомобили, работающие на водороде.

А поскольку топливные элементы не разлагаются, как литий-ионные аккумуляторы, они, как правило, служат в течение всего срока службы автомобиля — примерно 150 000 миль. Они также могут быть переработаны, что делает их довольно экологичным вариантом.

Ассортимент FCEV превосходит даже самые лучшие электромобили: маленькая Toyota Mirai способна проехать 300 миль на одном баке, а более крупные водородные автомобили, такие как Hyundai Nexo, могут проехать 400 миль.

Заправить бак так же просто, как заправить автомобиль бензином. Газообразный водород можно просто закачать в резервуар, готовый к всасыванию в топливные элементы; нет длительной зарядки аккумулятора. Но есть несколько ключевых проблем.

Какие недостатки?

Очень мало мест, где можно заправить FCEV. В Великобритании практически нет инфраструктуры для заправки водородом, по всей Великобритании менее 20 заправочных станций.

Зарядка электромобилей может занять больше времени и по-прежнему иметь проблемы с запасом хода, но, по крайней мере, их можно заряжать от обычной розетки, что компенсирует отсутствие широко распространенных точек быстрой зарядки. И даже тогда сеть зарядки электромобилей растет быстрыми темпами, как и скорость зарядки.

Большинство электромобилей FCEV поставляются с небольшим аккумулятором для коротких прыжков, но это все равно не решает проблему поиска места для подзарядки.

Перевозить водород также сложно, так как он легко воспламеняется. Чтобы водородные автомобили не превратились в автомобили Гиндемберга, баки, содержащие сжатый газ, должны быть чрезвычайно прочными и устойчивыми к ударам, что делает их более сложными в проектировании, чем бензобаки. По той же причине также сложно транспортировать водород на заправочные станции цистернами или по трубопроводу.

Другой серьезной проблемой является производство водорода для топлива. Это довольно легко сделать, пропуская электрический ток через воду, которая отделяет водород от кислорода.

Но это связано с потреблением электроэнергии, которая, скорее всего, вырабатывается при сжигании ископаемого топлива, а это означает, что водород не так уж и экологичен с точки зрения производства. Есть аргумент, что солнечная энергия может быть использована для производства такого электричества, но тогда эта энергия может быть использована для непосредственного заполнения батареи, чем для производства другого топлива.

В настоящее время массовое производство водорода включает процесс, называемый паровой конверсией метана. В двух словах, это включает в себя получение водорода из природного газа метана посредством экзотермической реакции.

Но поскольку это связано со сжиганием ископаемого топлива, это не совсем экологичный способ производства водорода. В целом, это более чистое топливо, чем бензин, но не такое чистое, как электричество, полученное из возобновляемых источников.

Ученые работают над тем, чтобы сделать производство водорода более чистым, но пока они не смогут сделать это в больших масштабах, вы вряд ли увидите много водородных топливных насосов на придорожных станциях.

Стоимость также имеет значение: водород дорог, его стоимость за килограмм и милю выше, чем у бензина.