Чего добилась за пять лет водородная Toyota Mirai

Автомобиль на водородном топливе

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.

  1. Водородная установка для автомобиля, с нее все начиналось
  2. О водородных двигателях
  3. Сгорание водорода
  4. Топливные элементы
  5. А так ли хорош водород?
  6. А все-таки попробовать можно – водородный генератор для автомобиля

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.

О водородных двигателях

Известны несколько различных вариантов, каким может быть такой мотор и что может лежать в основе его работы.

Сгорание водорода

Это обычный ДВС, работающий непосредственно на водороде или на его смеси с бензином. В результате такой добавки улучшается сгорание смеси, увеличивается КПД мотора, уменьшается при сгорании содержание окиси углерода. Однако в конструкцию автомобиля приходится вводить бак для хранения водорода, причем жидкого. А это не добавляет места в багажнике и не повышает безопасность при столкновениях.

Такой принцип использования водорода реализует BMW, причем основной задачей компания считает возможность применения любого из видов топлива (бензин, водород). Уже созданы, и длительное время успешно эксплуатируются несколько образцов, работающих на подобном принципе. Правда, при этом в основном остаются недостатки, свойственные обычному автомобилю.

Топливные элементы

Другим способом использования водорода является топливный элемент. Его конструкция представлена на рисунке
В результате прохождения через анод и катод молекул водорода и кислорода и их взаимодействия, образуется вода и электрический ток. Если соединить нескольких таких элементов, то получается своеобразный генератор, обеспечивающий работу электромотора. По сути дела, подобным образом создается электрохимический генератор электрического тока.

А так ли хорош водород?

Считается, что самым основным достоинством автомобиля, использующего водород, является его экологичность. Общепринято, что при сгорании водорода вместо окиси углерода и других вредных веществ будет появляться вода, точнее водяной пар. Однако при этом используется не чистый кислород, а воздух, в состав которого входит азот. В результате в камере сгорания образуются окислы азота. А их воздействие на окружающую среду может быть гораздо хуже, чем обычных выхлопных газов.

Кроме того следует учесть, что попадание на горячие части ДВС водорода, может вызвать его воспламенение. Поэтому наиболее подходящим для использования подобного топлива является роторный двигатель, в котором газ поступает в холодную часть, а потом перегоняется в горячую.

Очень большая дискуссия вообще идет по вопросу о том, имеет ли право на существование водородный автомобиль. Здесь есть несколько проблем, без решения которых не имеет смысла говорить о будущем подобной техники. Необходимо отметить, что водород сначала надо получить, для чего требуется какая-то установка. Источником для его получения может служить вода или метан.

Вот тут и возникает одна из основных проблем.

  • Метан сам является хорошим энергоносителем, и подвергать его дополнительной переработке, чтобы потом сжечь готовый продукт, достаточно нерационально, можно сразу сжигать метан без лишних расходов.
  • С водой картина еще интересней. Для того чтобы получить один кубический метр водорода, необходимо затратить электроэнергии в четыре раза больше, чем может выработаться при сжигании этого объема газа.
  • Необходимо учесть, что при производстве водорода будут происходить выбросы вредных веществ, и что окажется лучше – неизвестно. Вместо выброса выхлопных газов автомобиля будут образовываться свои отходы при получении газа.
  • Кроме того, очень проблематичной является вопрос хранения. Он до сих пор не решен, водород способен проникать через любой материал, и хранить его надо в жидком виде, а это еще дополнительные затраты, и не маленькие, которые необходимо прибавить к тем, что понесены на этапе получения. А при утечках газа образуется взрывоопасная смесь с воздухом.
Читайте также:  Масло для МКПП Polo когда менять, какое использовать, сколько нужно, лучшие производители

Следующей проблемой, практически ставящей крест на использовании водорода в качестве топлива для автомобиля, является отсутствие соответствующей инфраструктуры. Под этим необходимо понимать в первую очередь сеть заправочных станций.

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
» alt=»»>
и
» alt=»»>
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.

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.

BMW верит в будущее водородных автомобилей

Тестовая партия кроссоверов BMW i Hydrogen NEXT на базе X5 будет выпущена в 2022 году.

Немецкий концерн обнародовал подробности о проекте водородной силовой установки BMW i Hydrogen NEXT. Она состоит из модуля eDrive пятого поколения с буферным аккумулятором, топливного элемента и преобразователя напряжения. Пиковая мощность силовой установки — 275 кВт (374 л.с.). На борту автомобиля два бака, в которых под давлением 700 бар хранится 6 кг водорода. Этого достаточно для большого запаса хода независимо от погодных условий. Полная заправка водородом занимает 3–4 минуты – это сопоставимо с традиционной заправкой на топливных АЗС.

Электрохимический генератор в составе топливного элемента выдает мощность 125 кВт (170 л.с.). В качестве топлива используется смесь водорода и кислорода из окружающего воздуха, вместо вредных выбросов система вырабатывает водяной пар. Преобразователь напряжения регулирует потоки от топливного элемента, аккумуляторной батареи и кинетическую энергию, выделяемую при торможении.

Тестовая партия кроссоверов BMW i Hydrogen NEXT на базе X5 будет выпущена в 2022 году, а серийная версия появится на рынке не раньше второй половины текущего десятилетия.

По словам пресс-службы BMW, в данный момент появлению серийного водородного автомобиля BMW препятствует ряд факторов. Водород должен производиться в достаточных количествах для снижения его стоимости. Существуют сложности с инфраструктурой. К моменту появления серийной версии BMW i Hydrogen NEXT концерн планирует снизить стоимость водородной силовой установки.

С 2013 года BMW Group работает над развитием водородных силовых установок совместно с Toyota Motor Corporation. Два производителя объединили усилия в работе над топливными элементами, масштабируемыми модульными компонентами и адаптацией технологии для массового производства. В 2017 году BMW Group стал одним из инициаторов создания Водородного совета, в который входит свыше 80 компаний-участников.

Также BMW Group участвует в исследовательском проекте BRYSON. Помимо концерна, в него вовлечены Мюнхенский университет прикладных наук, Технический университет Дрездена, компании Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH и WELA Handelsgesellschaft mbH. Цель проекта BRYSON — разработать новаторские резервуары для хранения водорода под высоким давлением, пригодные для интеграции в архитектуру транспортных средств.

Есть ли будущее у автомобилей на водородном топливе?

В 1937 году крушение дирижабля Гинденбург перечеркнуло будущее водорода для использования в транспортных целях. Но теперь, спустя многие десятилетия, вновь начал просыпаться интерес к водороду, особенно в контексте его использования в автомобилях. В этой статье мы поговорим не о не о недостатках водородных автомобилей, а об их устройстве и темпах создания условий для эксплуатации подобного транспорта.

Читайте также:  Клей для гранитных памятников чем приклеить фотографию

Источники водорода

Идея перевести наземный и воздушный транспорт на водородное топливо не нова, первые разработки в этом направлении велись еще в XIX веке, но из-за слаборазвитых технологий, отсутствия острой проблемы глобального потепления и недостаточной автомобилизации, человечество только сейчас заинтересовалось возможностью использования водорода в качестве основного топлива для различных средств передвижения.

Все было бы хорошо, если по аналогии с нефтью и газом, водород встречался бы в природе в чистом виде. Парадокс в том, что хотя водород и является самым распространенным химическим элементом во всей Вселенной, в природе не существует открытых месторождений, из которых можно было бы беспрепятственно добывать водород. В то время как углеродное топливо относительно легко добыть и оно нуждается в минимальной обработке, с водородом все гораздо сложнее: в мире есть только два более-менее эффективных способа производства H2: “оторвать” водород от молекул кислорода либо отделить его от молекул углерода.

Существующие модели автомобилей и принцип их работы

Машины, работающие на водороде, называют Fuel Cell Electric Vehicles или FCEV, на автомобильном рынке уже представлено несколько подобных решений. О конкретных моделях речь пойдет немного позже, сперва следует остановиться на устройстве автомобильной водородной установки. Она имеет так называемый топливный элемент (электрохимический генератор), являющийся своеобразной “батарейкой”, в которую поступает водород, после чего он окисляется и в результате на выходе мы имеем чистый водяной пар с нулевым содержанием углекислого газа. В остальном здесь все практически так же, как в обычном электромобиле, но в случае с водородной установкой используется куда более компактная батарея – емкость литий-ионного аккумулятора в водородных автомобилях в 10 раз меньше, поскольку он используется только для холодного старта и буферизации энергии, полученной при рекуперативном торможении.

Батарея необходима и потому, что главный источник энергии – блок топливных элементов – переходит в рабочее состояние не сразу, а спустя какое-то время после старта. Первым прототипам требовалось до полутора часов, чтобы начать превращать водород и кислород в водяной пар и электроэнергию. Современные же автомобили на водородной тяге выходят в рабочий режим менее чем за 2 минуты, однако прогрев до температуры, при которой КПД установки доходит до 70-90%, занимает от 15 минут до часа в зависимости от температуры окружающей среды. Водород общей массой 5 кг хранится в специальных баллонах, на заправку которых уходит в среднем 3 минуты. Дальность хода на таком объеме топлива достигает 500 км.

Желающие приобрести FCEV сегодня могут выбрать Toyota Mirai, (58 000 долларов) либо Honda FCX Clarity (от 33 400 долларов). Впрочем, это только самые распространенные модели, помимо них выпускаются ограниченные серии Mazda RX-8 Hydrogen, Audi A7 h-tron, Hyundai Tucson FCEV, BMW Hydrogen 7, Ford E-450 и даже автобусы Man Lion City Bus. В России эти автомобили встречаются крайне редко, в свободной продаже их можно найти в США, западной Европе и некоторых азиатских странах.

Экологически грязное производство

Большая часть производимого водорода добывается с помощью паровой конверсии метана – это самый быстрый и дешевый способ, в ходе которого молекулы метана многократно подвергаются воздействию высоких температур и катализаторов, в результате чего они распадаются на угарный газ и водород. Поскольку для такого производства необходимо использовать ископаемые виды топлива, мы все так же загрязняем атмосферу выбросами CO2, как и в случае с дилеммой производства энергии для электромобилей на старых дымящих ТЭС.

Для производства водорода также используется метод электролиза, знакомого многим еще со школьной скамьи: в этом случае нет ни нефти, ни газа – на кислород и водород распадается обычная вода путем воздействия на нее довольно большого количества электроэнергии. Казалось бы, с электролизом все должно быть хорошо, но, как уже говорилось выше, основная часть производимого сегодня электричества, генерируется “грязными” теплоэлектростанциями, массово сжигающими уголь, природный газ и мазут.

Немного цифр

По оценкам Hydrogen council (совет по водородным технологиям), к 2050 году мировой рынок водорода будет составлять порядка $2.5 трлн или 18% от общего спроса на электроэнергию, что позволит сократить объемы вредных выбросов в атмосферу на 6 гигатонн в год. При этом в транспортном секторе количество легковых автомобилей на водородном топливе составит 400 млн, 15-20 млн грузовых и 5 млн автобусов. Чтобы достичь этих показателей необходимо до 2030 ежегодно инвестировать $20-25 млрд в развитие водородной отрасли. Для сравнения, даже в период кризиса инвестиции в нефтегазовую отрасль составляли около 60 миллиардов долларов. В данный момент 20 стран, включая США, Японию, Германию, Южную Корею и Китай, активно занимаются развитием рынка энергетического водорода, выстраивая партнерские связи между государственным и частным секторами.

Читайте также:  Расстояние от Москвы до Нижнего Новгорода в км на машине по трассе М7 Е22, поезде, самолете

Китай планирует к 2030 году установить 1000 водородных заправочных станций, обслуживающих более 1 млн FCEV. Кроме того, к 2025 ныне быстрорастущий город Ухань (население – около 11 млн человек) должен стать основным водородным хабом страны, до 2020 там построят 20 ВЗС, которыми будут пользоваться три тысячи “водородомобилей”. К 2025 году производством водорода в той или иной степени займутся все топливные предприятия города, некоторые из них переоборудуют для работы с одним только водородом, а количество водородных заправочных станций к этому моменту может составить до 100 штук. Для осуществления задуманного, китайцам потребуется выделить $1.7 млрд инвестиций.

В Южной Корее по состоянию на 2018 год действовало всего 12 ВЗС, но за счет небольшой площади государства, любой водитель может пересечь его на одном баке водородного топлива. Впрочем, корейское Министерство Промышленности уже объявило о выделении $2.3 млрд инвестиций, которые пойдут на постройку 310 ВЗС по всей стране к 2022. Правительство Южной Кореи также намерено оказывать финансовую помощь предприятиям, разрабатывающим оборудование для водородных автомобилей, а благодаря налоговым льготам для водителей, на дорогах появятся 16 000 FCEV.

Как и говорилось в начале статьи, наибольшую заинтересованность к водороду проявляет Япония. По данным Hydrogen Analysis Resource Center, в середине 2018 на территории Страны восходящего солнца располагалось 94 ВЗС (это самый высокий показатель во всем мире, на втором месте Германия – 44 ВЗС). Министерство энергетики, торговли и промышленности Японии (METI) разработало долгосрочную стратегию, нацеленную на ускоренное внедрение легковых автомобилей и общественного транспорта на водородных топливных элементах, и расширение сети установок для производства энергии из водорода. Глобальная задача METI состоит не только в снижении количества вредных выбросов транспорта и промышленности в больших городах, но и в уменьшении зависимости от импортируемых ископаемых видов топлива. Если говорить более конкретно, то Япония планирует увеличить потребление водорода с предполагаемых 4000 тонн в 2020 году до 300 000 тонн в 2030 и 10-15 млн тонн в 2050. Что касается количества FCEV, к 2020 году в Японии их число достигнет 40 000, 180 000 – в 2025 и около 800 000 штук к 2030. Весь этот автопарк будут обслуживать 160 ВЗС уже в 2020 и 320 ВЗС в 2025. Помимо всего прочего, к 2030 году японцы введут в эксплуатация 1200 автобусов на водороде. Однако Япония при всем своем желании не сможет обеспечить себя водородом в таких объемах, поэтому METI не исключает возможность перехода страны на водород с помощью импортных поставок из Брунея, Африки и Австралии. Для этого крупные японские компании (например, Kawasaki Heavy Industries и Chiyoda Corporation) оказывают финансовую поддержку проектам по производству водорода в Австралии и Брунее.

Западная Европа хоть и отстает от Азии по темпам освоения технологий водородной энергетики, не намерена быть среди догоняющих: так, если 5 лет назад количество автобусов на водороде равнялось тридцати, то сейчас их уже 91 – да, в мировых масштабах число незначительное, но учитывая сложность создания абсолютно новой инфраструктуры ВЗС, прогресс налицо. В отличие от Азии, имеющей какой-никакой опыт работы с водородом, европейские государства делают первые шаги по внедрению водородной энергетики. Доказательством могут служить программы вроде HyFive или H2ME, в рамках которых строятся новые заправочные станции и вводится в эксплуатацию все больше легковых автомобилей на водороде. Самыми активными странами в этом вопросе являются Германия, где сосредоточены ведущие мировые автопроизводители и Дания, чье правительство готовится производить водород путем электролиза морской воды с помощью чистой энергии, полученной от ВИЭ. Благодаря развитию HyFive и H2ME у жителей Европы в обозримом будущем появится возможность путешествовать между странами без дозаправки. США лишний раз не стоит упоминать, поскольку острый интерес к водороду там проявляет лишь Калифорния.

В итоге

Несмотря на сложности создания сети ВЗС и затратное производство, “скачущие” цены на нефть и газ рано или поздно вынудят человечество отказаться от ископаемых источников энергии в пользу водородного топлива. Конечно, этот процесс займет не одно десятилетие, но рано или поздно безотходная добыча чистого водорода будет налажена, запасы нефти и газа иссякнут, а климат не сможет и дальше терпеть миллионы чадящих автомобилей.

Ссылка на основную публикацию
Цветовая температура База знаний по сценическому освещению, звуковому оборудованию и театральной ме
О цветовой температуре светодиодных ламп таблица цветности, маркировки изделий В качестве осветительных приборов широко используются светодиоды. Это удобные малогабаритные и...
Характеристики двигателя ЗМЗ-406 лучшее масло, какой ресурс, количество клапанов, мощность, объем, в
Двигатель ЗМЗ 402, технические характеристики и тюнинг ЗМЗ 402 представляет собой доработанную модификацию прошлого поколения двигателя ГАЗ-24Д. Модернизации подверглись все...
Характеристики китайского аналога Тойоты Ленд Крузера Прадо
Китайцы готовят дешевую копию Land Cruiser 200 На китайском авторынке стоимость внедорожника Land Cruiser 200 никогда не была низкой. Поскольку...
Цельнометаллическая оболочка тест-драйв фургона ГАЗель NEXT — – автомобильный журнал
Тест-драйв «ГАЗель Next» 4 «Группа ГАЗ», один из главных поставщиков коммерческого транспорта в России, сделала новую модель. Строго говоря, это...
Adblock detector