Содержание
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.
Как работают водородные автомобили » 1Gai.Ru
В мире в последние годы наблюдается повышенный интерес к альтернативным источникам энергии. Не обошла эта тенденция и автопромышленность, которая является главным источником загрязнения атмосферы Земли. Именно поэтому большинство стран мира планируют к 2030 году отказаться от использования автомобилей с традиционными двигателями внутреннего сгорания.
Смотрите также: Автомобили и экология: Запретят ли автомобили?
Мы знаем, что на смену обычным бензиновым автомобилям скорее всего придут гибриды и электрокары. Но не стоит сбрасывать со счетов и другие автомобили, которые могут работать на альтернативных источниках энергии. Давайте рассмотрим например, водородные автомобили, которые возможно рано или поздно смогут вытеснить с авторынка весь существующий ныне автотранспорт. Мы расскажем вам о том, как работают водородные автомобили, о их плюсах и минусах, сравним их с бензиновыми, дизельными и электрическими автотранспортными средствами.
Принцип работы
Это химическая реакция происходящая в водородном топливном элементе.
Водородные автомобили, которые начала серийно выпускать автопромышленность, в качестве своего альтернативного источника топлива используют как известно, водород, который взаимодействуя с кислородом превращается в водяной пар, а в результате этого выделяется уже энергия.
Эта энергия в водородном автомобиле обычно направляется либо на электродвигатели, либо на аккумуляторную батарею, которая затем и питает электродвигатель машины.
На основе этой технологии возможно построить и двигатель внутреннего сгорания, который сможет работать на том же водороде и будет аналогичен моторам, которые работают на бензине.
Преимущества
Подобно электромобилям данные транспортные средства, что работают на водородном топливном элементе, не выделяют углекислого газа. В результате этого получается, что водородные автомобили не способствуют глобальному потеплению или загрязнению атмосферы воздуха. Нынешние водородные автомобили стали практически бесшумными, а это также является хорошим преимуществом перед автомобилями, которые оснащены двигателями внутреннего сгорания (ДВС). К сожалению, но увы, в мире пока не существует оснащенных ДВС машин, которые работали бы совсем бесшумно.
Смотрите также: Водород в автомобилях: Опасности и сложности использования
Поскольку в автомобилях с водородным топливным элементом используются только электродвигатели, то в этих видах автотранспорта максимальный крутящий момент доступен сразу, т.
е. с 0-ых оборотов в минуту работы двигателя.
Водородные автомобили, в отличие от электрокаров и обычных бензиновых транспортных средств могут иметь более широкий диапазон работы, они более эффективны. Например, 1 грамм водорода выделяет в 3 раза больше энергии, чем грамм бензина. Заправка же водородного автомобиля происходит намного быстрее электрического авто. Кроме того, на полном баллоне заправленного водородом, автомобиль имеет гораздо больший запас хода, чем электрокар. В итоге получается, что водородные автомобили больше подходят для длительных поездок и на длительные расстояния в сравнении с электромобилями, которые рассчитаны как известно для передвижения на небольшие расстояния.
Недостатки
Основным недостатком водородных автомобилей является то, что такое топливо как водород, чрезвычайно сложно и трудно хранить. Чтобы заправить нормальное количество водорода в резервуар, его необходимо для начала сжать, примерно до 700 бар.
А для сжатия водорода потребуется энергия. Кроме того, чтобы храненить водород под высоким давлением, требуется тяжелый усиленный высокопрочный резервуар, чтобы это легкоиспоряемое топливо не представляло ни какой опасности всей окружающей среде .
Таким образом, в случае такой утечки или разгерметизации баллона с водородом всегда существует огромный риск, что газообразный легковоспламеняющийся водород воспламениться или хуже того, возьмет и взорвется.
Что касаемо его производительности, то водородные автомобили с ДВС работающие на водороде, нуждаются в гораздо большем объеме количества воздуха, если сравнивать их с бензиновыми автомобилями. Вот например, идеальное химическое соотношение воздуха с топливом для бензиновых моторов составляет около 14,3 к 1, а для водородных автомобилей это соотношение уже будет составлять примерно 38 к 1. Однако при таком соотношении водорода и кислорода водородные двигатели внутреннего сгорания сжигают топливо при очень большой температуре, что приводит к разрыву тройных связей азота в воздухе и в результате этого начинает образовываться закись азота (да, это так и есть, образуется тоже вещество, которое выбрасывается в атмосферу при работе дизельного мотора).
Это вещество является одним из самых вредных загрязнителей окружающей природы.
Чтобы уменьшить уровень вредных выбросов в ДВС который работает на водороде необходимо, чтобы соотношение между водородом и кислородом увеличилось почти до 80 к 1. Но вместе с этим, ДВС работающий на водороде потеряет большое количество своей мощности в сравнении с аналогичными бензиновыми моторами. Дело здесь вот в чем, как мы уже ранее сказали, водород является более энергоемким топливом по сравнению с бензином.
Один из способов обойти подобный неблагоприятный эффект, это использовать для максимальной мощности твердый топливный элемент, который будет давать энергию электромоторам, которая потребуется в тех случаев, когда автомобилю будет нужна максимальная мощность. То есть, как вы уже поняли идея заключается в том, чтоб в данном автомобиле при небольшой мощности и нагрузке в качестве альтернативы использовать водородное топливо а не бензин, которое и будет питать ДВС. Для максимальной же мощности в действие вступит уже аккумулятор, который и будет подпитывать электродвигатель.
Другой проблемой для такого типа двигателей является тот факт, что водород чрезвычайно энергоемкое вещество, т.е. топливо. Если сравнивать его с бензином, то в 1 литре водорода содержится всего около 30% энергии в отличие от того же бензина. Соответственно, что запас хода водородного автомобиля на одном полном заправленном баке будет небольшим, если его сравнивать с бензиновой машиной.
Водородные автомобили (не важно какую технологию они используют: топливный элемент или же водород, который используется напрямую вместо бензина в качестве топлива) так же как и бензиновые транспортные средства не так эффективны, если например их сравнивать с электрокарами. КПД водородных автомобилей составляет примерно 30 — 50%, что сопоставимо с бензиновыми автомобилями. А это почти на половину меньше, чем КПД электрических автотранспортных средств.
Это может означать или означает следующее, что сами водородные автомобили как и бензиновые, основную и большую часть своей энергии теряют в процессе обработки так называемой тепловой выделяемой энергии.
Есть еще один серьезный минус таких машин, которые работают на водородном топливном элементе. Этот тип или вид машин не очень-то приспособлен работать при холоде.
Откуда же берут водород?
Существует два основных способа получения водорода. Первый включает в себя следующее, а именно, взаимодействие паров с метаном (природным газом) в результате чего получается водород и двуокись углерода.
При таком способе получения водорода, существуют две проблемы. Первая, -при этом процессе выделяется углекислый газ, который является парниковым газом наносящим вред атмосфере планеты. Вторая, -газ метан является ископаемым топливом и он не возобновляется.
Второй способ получения водорода, это расщепление воды посредством электролиза. В результате этого процесса из воды выделяется чистый водород, который может служить источником топлива для водородного автомобиля. К нашему сожалению для этого процесса необходимо слишком много энергии, которая не будет потом возобновлена на все 100%.
Кроме того, в процессе получения чистого водорода происходят некоторые косвенные выбросы углекислого газа.
Смотрите также: Почему двигатели V4 редко встречаются в автомобилях?
В том числе, в процессе получения водорода часть энергии топлива теряется, что делает водородные автомобили менее эффективными в сравнении, например с тем же электрическим транспортом.
В заключительном итоге, в водородных автомобилях топливо стало обычным источником подзарядки аккумуляторных батарей, которые в свою очередь и питают сам электромотор. Тут есть все очень просто. Энергия от водорода поступает в так называемый накопительный аккумулятор, чтобы поддерживать уровень заряда самой батареи, который постоянно снижается из-за питания электродвигателя. Вот и вся хитрость.
Какие водородные автомобили сегодня продаются на мировом авторынке?
Прямо сейчас, единственным массово серийным водородным автомобилем, который можно купить и приобрести, является Toyota Mirai.
В настоящий момент эта машина продается в США, в Японии и в некоторых странах Европы и ОАЭ. По имеющимся сегодня данным Японская компания продала уже более 3000 тысяч автомобилей. К большому сожалению этот водородный седан стоит очень дорого.
В среднем его цена- 60 000 долларов США. И эти деньги вы должны выложить и отдать за автомобиль мощностью всего в 152 л.с., где максимальный запас хода равен 500 км, и те только при идеальных условиях езды. В среднем автомобиль может проехать, где-то 300 км, что сопоставимо с автомобилем седан Tesla Model S. Так что запас хода этого водородного автомобиля не очень-то впечатляет.
Но есть еще одна важная проблема для автомобиля. Где вы будете заправлять Toyota Mirai? Ведь водородных заправок даже в мировом масштабе не так уж много. Именно отсутствие такой инфраструктуры и тормозит развитие водородного автотранспорта.
В мире существуют еще две серийные водородные модели автомобилей. Речь идет о Honda Clarity и Hyundai Tucson FCEV.
Но эти машины доступны для граждан только в нескольких странах мира, и то в ограниченном тираже.
Недавно, компания Mercedes на автосалоне во Франкфурте представила на всеобщее обозрение свой первый серийный водородный кроссовер, под маркой- GLC, который в скором времени будет доступен для покупки его во всех странах Евросоюза.
Таким образом вы убедились, что выбор водородных авто не так уж на сегодня и богат даже в его глобальном мировом масштабе. Но тем не менее, мировая автопромышленность не стоит на месте, в настоящий момент уже многие автомобильные компании занимаются своими разработками и исследованиями в этой области автомобилестроения.
Смотрите также: Mercedes GLC F-Cell: Теперь и водородная версия
Например, компания BMW в настоящий момент проводит инженерные испытания своего водородного спорткара, созданного на базе i8.
В том числе активные разработки водородных автомобильных технологий ведет и компания Mazda.
Вот например, у известного Японского бренда есть новая разработка роторного мотора, который способен работать на водородном топливе. Подобная технология была также использованна и на прототипе автомобиля RX-8 Hydrogen RE. Эта машина может работать и на водороде, и на бензине. Правда при работе на водороде мощность машины существенно падает и состовляет всего 109 л.с.
Не отстает от таких разработок и компания Aston Martin, которая уже создала Rapide S способный работать как на бензине, так и на водороде. Например, эта машина может использовать разные виды топлива как по отдельности, так и вместе взятые.
Кстати Aston Martin Rapide S стал первым водородным автомобилем, который успешно завершил 24-часовые гонки в Нюрбургринге.
Вывод
Итак, самый существенный вопрос, который волнует сегодня миллионы человек на Земле. Будут ли водородные автомобили в будущем жизнеспособными? И другой немало важный вопрос. Смогут ли они заменить все ныне существующие автомобили?
Однозначно, что на эти вопросы сегодня вам никто не ответит: ни великие инженеры и автоконстукторы, ни физики и ни химики, даже самые известные всему миру фантасты не смогут сегодня дать ответ на эти конкретно поставленные вопросы.
.
А спрогнозировать заранее на чем будут ездить люди во всем мире примерно через 100 лет, просто невозможно.
Лично мы со своей стороны считаем, что водородные автомобили никогда не смогут стать нашими основными транспортными средствами и заменить традиционные автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Ведь такие автомобили недостаточно эффективны. Кроме того, во всем мире под водородные автомобили нет необходимой инфраструктуры, а чтобы ее развить до уровня бензиновых и дизельных АЗС, потребуется не одно столетие и огромные инвестиционные средства.
Сегодня использование электричества в плане топлива для автомобилей, более предпочтительно. Ведь согласитесь, что использование напрямую электричества для питания электродвигателей куда логичней, чем использование преобразования воды в водород и обратно только с одной целью,- подпитывание или питание аккумуляторных батарей. Причем надо не забывать, что при данном процессе теряется до 50% всей энергии.
Согласитесь, это не очень впечатляет.
Тем не менее мы хотим сказать, что водородные автомобили могут использоваться например, в тех же самых автогонках электрокаров, где поддерживать нужный уровень заряда аккумулятора является главной задачей всех спортивных команд. Используя водород во время таких гонок, т.е. гонок электрокаров, командам не нужно будет часто менять аккумуляторы, что естественно увеличит саму зрелищность этих соревнований.
Знакомство с водородными автомобилями. Как они работают
Мы много слышим о разработке электромобилей – и это правильно. Но есть еще одна альтернативная автомобильная технология, о которой говорят меньше. И это зависит от самого распространенного химического элемента во Вселенной. Водород.
На дорогах Великобритании есть автомобили на водороде, и хотя вам может быть трудно найти их прямо сейчас, производители (в частности, Toyota, Honda и Hyundai) уже выпустили модели на водороде.
Правительство Великобритании также финансирует разработку водородных транспортных средств и инфраструктуры.
В марте 2017 года компания объявила о выделении фонда в размере 23 миллионов фунтов стерлингов для ускорения этого развития, а министр транспорта Джон Хейс заявил в то время, что «электромобили на водородных топливных элементах могут играть жизненно важную роль наряду с аккумуляторными электромобилями, помогая нам сократить вредные выбросы».
Имея это в виду, вот еще немного информации о водородных транспортных средствах, в том числе о том, как мы участвуем здесь, в Arval.
КАК РАБОТАЮТ ВОДОРОДНЫЕ МАШИНЫ?
История водородных двигателей намного больше, чем вы думаете. Более двух веков назад французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз разработал примитивный двигатель, который работал на водороде и кислороде и воспламенялся от электрической искры.
В наши дни все дело в топливных элементах, но те же самые элементы по-прежнему лежат в основе химической реакции, происходящей в водородном автомобиле.
По сути, нет никаких движущихся частей, это просто химическая реакция, которая «подпитывает» действие.
Он видит, как водород поступает в топливный элемент из бака и смешивается с кислородом, образуя H 9.0017 2 O в химической реакции, в результате которой вырабатывается электричество, используемое для питания двигателей, приводящих в движение колеса.
Резервуары с водородом заправляются в процессе, который во многом аналогичен заправке бензинового или дизельного автомобиля. Вам просто нужно запереть трубу в машине и ждать. Стоимость заправки бака также сопоставима и составляет около 10 фунтов стерлингов за кг, что эквивалентно бензину.
ВОДОРОДНЫЕ АВТОМОБИЛИ: ПЛЮСЫ И ПРОТИВ
Итак, в чем преимущества водородных автомобилей?
– Более быстрая заправка: по сравнению с подзарядкой электромобиля, водородный автомобиль можно полностью заправить за три-пять минут.
— Отсутствие вредных выбросов: единственное, что выбрасывается из автомобиля на водородных топливных элементах, — это вода.
– Впечатляющий запас хода: с запасом хода около 300 миль на одном баке водородные автомобили не уступают многим обычным автомобилям.
— Хорошие уровни эффективности: силовые агрегаты на топливных элементах намного эффективнее получают энергию из водорода, чем традиционные автомобили — из бензина или дизельного топлива.
А как насчет недостатков водородных автомобилей?
– Места заправки: в настоящее время в Великобритании всего 17 заправочных станций, и строительство каждой станции стоит 1,3 миллиона фунтов стерлингов.
— Стоимость: хотя стоимость заправки автомобиля водородом аналогична стоимости традиционного топлива, разработка технологии недешева, равно как и хранение или перемещение самого водорода.
– Предполагаемый риск для безопасности: водород легко воспламеняется – но опять же, бензин тоже, и это не помешало нам управлять миллионами бензиновых автомобилей.
РАЗРАБОТКА ВОДОРОДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Разработка водородных автомобилей в Великобритании находится на относительно ранней стадии. Однако, как упоминалось выше, некоторые производители уже сделали решительный шаг и разработали модели на основе этой технологии, в то время как другие находятся в стадии разработки.
Toyota Mirai, Honda Clarity и Hyundai iX35 можно найти в ограниченном количестве на дорогах Великобритании, при этом iX35 должен быть заменен новой моделью в 2018 году.
Mercedes-Benz выпустит водородную версию своего Ассортимент ГЛК. Это отражает общее внедрение водородных технологий в Германии, где в настоящее время по всей стране строятся 23 новые водородные станции.
ИНИЦИАТИВА «ВОДОРОДНЫЙ ХАБ»
Штаб-квартира Arval в Великобритании находится в Суиндоне, где около 50 организаций (включая нас) участвуют в инициативе, благодаря которой город стал «водородным центром». Hydrogen Hub – это отраслевое сообщество заинтересованных сторон, представляющих всю цепочку поставок водорода и топливных элементов, правительство, местные органы власти, предприятия, а также текущих и потенциальных пользователей.
Это означает, что в Суиндоне ведется большая работа по разработке водородных технологий, и, поскольку все это происходит в одном месте, это приведет к повышению осведомленности, сотрудничеству и открытости, а также к снижению затрат.
Среди других вовлеченных организаций: Nationwide, National Trust, Johnson Matthey, а также местные городские и окружные советы.
И с широким представительством компаний и секторов, есть четыре различных рабочих потока:
Комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ): проект установки блока водородных топливных элементов, который будет питать местные общественные здания
Вилочный погрузчик грузовики: испытание вилочных погрузчиков на топливных элементах с целью выпустить 75 в общей сложности
Автобусы: разработка плана развертывания автобусов на топливных элементах в Суиндоне
Автомобили: Arval является исполнительным спонсором рабочего потока, который также поддерживается Toyota и Hyundai
В рамках рабочего потока «автомобили» мы получили Toyota Mirai доступен для использования нашими сотрудниками, и как единственная компания по аренде автомобилей, участвующая в Hydrogen Hub, мы получаем реальное представление о том, как работает водород.
Таким образом, у нас есть хорошие возможности увидеть и изучить, как технология развивается и как она потенциально может быть использована бизнесом в ближайшие годы, когда водородные автомобили можно будет увидеть во все большем количестве на дорогах Великобритании. Это было подтверждено нашим собственным исследованием автопарка в CVO 2017 года, где мы обнаружили, что 56% предприятий уже используют альтернативные виды топлива или рассматривают возможность использования альтернативных видов топлива в составе своего автопарка.
И это еще не все. Небо — это предел для водородного транспорта: четырехместный водородный самолет совершил свой первый полет в Германии в прошлом году и был провозглашен крупным шагом на пути к обезуглероживанию авиаперелетов.
Так что следите за водородными технологиями. Это может быть улица или аэропорт рядом с вами.
Контакты для СМИ: +44(0) 121 709 5587
Примечания для редактора
- Оригинал статьи опубликован Arval
- Hydrogen Hub — это отраслевое сообщество заинтересованных сторон из всей цепочки поставок водорода и топливных элементов, правительства, местных органов власти, бизнеса, а также текущих и потенциальных пользователей.
- Исполнительные члены обеспечивают стратегическое руководство, устанавливают приоритеты Hydrogen Hub и играют ведущую роль в разработке проектов в Local Hydrogen Hub. Они также входят в состав Национального водородного узла, который работает с правительством над формированием политики в области энергетики и транспорта в Великобритании.
Как работают автомобили на водороде? – CSIROscope
Водород считается топливом будущего. Так как же работают автомобили на водороде и как будет работать наша новая заправочная станция в Виктории?
Вы, наверное, слышали об электромобилях. Но слышали ли вы о автомобилях с водородным двигателем ?
Мы строим новую водородную заправочную станцию в нашем центре Clayton в Виктории. Это как заправочная станция, но для автомобилей с водородным двигателем и нулевым уровнем выбросов.
Но как автомобиль на самом деле работает на водороде? И как работает водородный топливный элемент?
Самый распространенный элемент на Земле
Молекулярный водород — это газ. Как химический элемент водород является самым распространенным элементом на Земле. И он содержит много химической энергии.
Если поджечь водород, он вступит в реакцию с кислородом воздуха. Он высвобождает свою энергию посредством взрыва. Но вместо неконтролируемого взрыва мы можем безопасно использовать эту энергию в водородном топливном элементе. Это топливный элемент, который питает водородные автомобили.
Как на самом деле работает водородный автомобиль?
Топливный элемент — это устройство, которое использует химическую энергию в форме водорода и превращает ее в электричество, которое может питать электродвигатель, как батарея. Итак, автомобиль на водороде приводится в движение электродвигателем.
Как это работает? Во-первых, водород, хранящийся в баке (толстостенный, прошедший краш-тесты и обычно под задним сиденьем), смешивается с воздухом и закачивается в топливный элемент.
Внутри клетки химическая реакция извлекает электроны из водорода.
Оставшиеся протоны водорода перемещаются по клетке и соединяются с кислородом воздуха, образуя воду. Тем временем электроны создают электричество, которое заряжает небольшую аккумуляторную батарею, используемую для питания электрической трансмиссии (точно так же, как в электромобиле). Вот почему автомобили называются электромобилями на топливных элементах (FCEV), в отличие от аккумуляторных электромобилей (BEV), которые уже все чаще встречаются на наших дорогах.
Самая большая разница между FCEV и BEV (например, автомобилем Tesla) заключается в источнике электроэнергии. Электромобили работают от аккумуляторов, заряжаемых от электричества (даже от солнечных батарей). Но автомобили на водороде производят собственное электричество. У них на борту есть небольшая электростанция — топливный элемент.
Таким образом, в отличие от двигателя внутреннего сгорания, который производит углекислый газ, единственными конечными продуктами этой водородной реакции являются электричество, вода и тепло.
Единственными продуктами выхлопа являются водяной пар и теплый воздух.
Toyota Mirai — Frontansicht (фото М 93 из Википедии).
Автомобили на водороде в Австралии
Австралия рассматривает водород как новый источник топлива. В настоящее время реализуется несколько крупномасштабных, демонстрационных и пилотных проектов. «Зеленый водород» — водород, полученный без использования ископаемого топлива, — это потенциальное топливо будущего. Это чистый источник энергии, который может помочь нам достичь будущего с нулевыми выбросами.
Водород можно использовать в качестве источника топлива в автомобилях, грузовиках, кораблях и даже самолетах. Несколько компаний работают над водородными автомобилями. В настоящее время в Австралии есть две модели автомобилей — седан Toyota Mirai (и Mirari второго поколения) и внедорожник Hyundai Nexo. Хотя их еще нельзя купить в частном порядке, их можно арендовать. И как вы заправляете этот топливный бак? Вот тут-то и пригодится наш водородный заправщик!
Как заправить водородный автомобиль?
Станция заправки водородом очень похожа на заправочную станцию.
В Германии, США и других странах водородные заправочные насосы расположены на обычных заправочных станциях.
Вы заправляете его как бензиновый или дизельный автомобиль. Водородный заправщик имеет насос с соплом, который крепится к автомобилю. После того, как уплотнение было сделано, газообразный водород начинает заполнять бак автомобиля. Если уплотнение не прикреплено, насос не начнет качать, что гарантирует отсутствие утечек.
Водородные заправочные станции сегодня могут заполнить обычный бак автомобиля водородом примерно за пять минут. Это одно из преимуществ по сравнению с автомобилями с батарейным питанием, зарядка которых может занять намного больше времени.
Наша новая заправочная станция в Мельбурне
Мы приветствуем финансирование Правительством штата Виктория Технологического университета Суинберна для создания Викторианского водородного узла (Vh3). В рамках партнерства с Swinburne CSIRO получит 1 миллион долларов на разработку одной из первых в Австралии станций заправки водородом на нашей площадке в Клейтоне.
Предлагаемая демонстрационная установка водородной технологии и система заправки водородом.
Финансирование осуществляется в рамках гранта в размере 10 миллионов долларов США Технологическому университету Суинберна (Суинберн) для совместной работы над созданием Victorian Hydrogen Hub (Vh3).
Возглавляемая Суинберном программа Vh3 призвана объединить исследователей, отраслевых партнеров и предприятия для тестирования, испытаний и демонстрации новых и появляющихся водородных технологий. Станция будет базироваться на нашем объекте в Клейтоне, совместном объекте с Суинберном.
Благодаря этому новому финансированию мы установим коммерческую станцию заправки водородом на нашем заводе в Клейтоне в Виктории. Он будет располагаться рядом с комплексным демонстрационным комплексом по производству и хранению водорода. Водород будет храниться на месте и использоваться в качестве топлива для электромобилей Toyota Mirai на водородных топливных элементах.
Первоначально парк автомобилей на водороде будет доступен для CSIRO и наших партнеров в качестве пробной версии и примера использования в реальных условиях.