Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое двигатель на водородных элементах

Конец эпохи бензоколонок? Не торопитесь

Автор фото, Dorien Monnens

АЗС вымрут как динозавры, утверждают оптимисты. Не все, и далеко не сразу, отвечают реалисты

Бензоколонок в привычном понимании скоро не будет. Совсем. На их месте расцветут сады, вырастет пшеница или появятся парки и детские площадки.

Во всяком случае, именно так считают апологеты электрического транспорта — и надо признаться, не совсем беспочвенно: Великобритания, например, собирается запретить продажу автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) уже в 2030 году.

  • Почему полный переход на электромобили случится не сразу
  • Только электромобили. Британия запретит продажи дизельных и бензиновых машин через 15 лет

Похожие настроения преобладают и в Европе: Норвегия собирается запретить продажу автомобилей с ДВС с 2025 года, аналогичные планы вынашивают в Нидерландах, Дании, Швеции, Исландии, Ирландии, Словении и во Франции.

Крупнейшие европейские концерны Renault-Nissan и Volkswagen объявили, что после 2026 года новые поколения автомобилей с двигателем внутреннего сгорания не будут производиться вовсе. Volvo не производит их уже несколько лет.

Казалось бы, хозяевам АЗС и впрямь пора задуматься о новой карьере. Но действительно ли бензоколонкам угрожает неминуемая кончина?

Принцип работы топливных элементов построен на физико-химической реакции. По сути, топливные элементы напоминают обычные свинцовые аккумуляторы. Разница в том, что КПД топливного элемента существенно выше КПД аккумулятора и составляет 45% и более.

В корпусе водородно-кислородного топливного элемента установлена мембрана, проводящая только протоны. Она разделяет две камеры с электродами — анодом и катодом. В камеру анода подведен водород, а в камеру катода кислород. Каждый электрод покрыт слоем катализатора, к примеру, платиной. Молекулярный водород под воздействием катализатора, нанесенного на анод, теряет электроны. Протоны проводятся через мембрану к катоду, и под воздействием катализатора соединяется с электронами (поток электронов подводится извне), в результате чего образуется вода. Электроны из камеры анода уходят в электрическую цепь, подсоединенную к двигателю, то есть, на бытовом языке, образуется электрический ток, питающий электромотор.

Действующими образцами автомобиля с силовой установкой на основе топливных элементов являются «Нива» с энергоустановкой «Антэл-1» и «Лада 111» с «Антел-2», разработанные уральскими инженерами. На одной подзарядке первая машина может преодолеть 200 км, вторая — 350 км.

Перспективы водородных энергетических систем

В Токио в конце сентября текущего года прошла встреча министров энергетики и руководителей энергетических структур из более чем 30 стран. На ней обсуждались перспективы водородных энергетических систем в мире на предстоящее десятилетие. Как сообщает агентство Kyodo News, в постановлении совещания названа цель добиться, чтобы через 10 лет в мире было «10 миллионов транспортных средств с водородными системами» и «10 тысяч станций заправки водородом». В январе 2017 года по инициативе японских компаний Toyota Motor Corp. и Air Liquide был создан Hydrogen Council — Международный совет по водородным технологиям. В него вошли 27 концернов, фирм и компаний, в том числе, кроме японских, Audi, BMW, Daimler, Shell, Total и др. Переход на водород позволит значительно сократить выбросы СО2 в таких отраслях, как транспорт, химическая промышленность и металлургия.

Однако, такие революционные переходы влекут за собой коммерческие, финансовые и социальные изменения. Чаще всего сложные и местами весьма болезненные. Последние, во многом связаны с быстротой перемен и недостаточным временем на подготовку к ним.

Водородные топливные элементы

Водородный топливный элемент, с конструктивной точки зрения, является своеобразной аккумуляторной «батарейкой» с высокими показателями коэффициента полезного действия (порядка 50%). Внутри корпуса протекают физико-химических процессы с участием специальной мембраны, отвечающей за проведение протонов. Посредством такого мембранного элемента происходит деление корпуса на пару частей – резервуар с анодом и камеру с катодом.

Читать еще:  Что поменять в двигателе ланоса

Камера с анодом заполняется водородом, а в катодную часть поступает атмосферный кислород. В качестве покрытия электродов используются дорогостоящие редкоземельные металлы, включая платину. Особенности поверхности обеспечивают взаимодействие с водородными молекулами, в результате чего происходит потеря электронов. Одномоментно с этим процессом выполняется прохождение протонов сквозь мембрану к катоду. Благодаря такому воздействию катализатора протоны соединяются с поступившими извне электронами.

Результат произошедшей реакции – образование воды и поступление электронов из анодной камеры в электрическую цепь, подключённую к силовому агрегату. Таким образом, двигатель приводится в движение водородным топливным элементом и может проработать порядка 200-250 км. Тормозит применение такой технологии и серийный выпуск автомобилей с водородными двигателями необходимость использовать в конструкции элементов платину, палладий и другие дорогостоящие металлы.

Факты о водородной двигательной установке – технология будущего или пережиток прошлого?

Водород, как сырье для производства автомобилей, является предметом дебатов на протяжении многих лет. Сегодня, однако, мы особенно близки к тому, чтобы широко использовать этот элемент для обеспечения высокой тяговой мощности. В настоящее время это решение не пользуется особой популярностью — в основном оно используется в больших автобусах. На рынке всего несколько тысяч автомобилей; чаще всего это демонстрационные автомобили или модели из частных коллекций.

Водородный двигатель, однако, страдает не от недостатка потенциала развития, а от отсутствия соответствующих исследований в этой области. Потенциал этого сырья признан большинством энергетических организаций. Поэтому ведутся передовые работы, направленные на то, чтобы сделать водородный топливный двигатель не только более эффективным, но и более доступным для ежедневного использования.

В настоящее время водородные технологии представляют интерес для тех стран, которые в наибольшей степени привержены программам климатических реформ, рассматривая это сырье как столь необходимую альтернативу электричеству. Однако пока еще не ясно, в какой степени энергетические установки смогут удовлетворить мировые потребности в эпоху электромобильности. Революция электромобилей, вероятно, потребует от нас полной реструктуризации транспорта и разработки альтернатив, которые позволят сотням тысяч электромобилей безопасно пользоваться электросетью. Возможно также, что водород, как высокопотенциальное сырье, навсегда останется в автомобильном секторе.

Водородные технологии Toyota против Илона Маска

Японский автомобильный гигант Toyota выпустил на рынок модульную систему для электрокаров на топливных элементах питания (FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle). Технологию водородного двигателя смогут приобретать и другие автопроизводители, что ускорит развитие сегмента.

Toyota твёрдо намерена продвигать использование водорода и начнёт продавать водородные системы уже с весны этого года.

«Модуль водородных топливных элементов поможет достичь глобальных целей декарбонизации и движения за углеродную нейтральность», — говорится в сообщении производителя.

Интересно, что японский автоконцерн делает ставку на развитие водородных технологий, тогда как популярный бизнесмен и инфлюенсер отрасли Илон Маск (основатель бренда Tesla) настаивает на аккумуляторном будущем. Еще пару лет назад Маск высмеивал водородные автомобили, называя топливные элементы «кучей мусора», и давал им эпитеты вроде «дурацкие» или «умопомрачительно глупые». По мнению Маска:

Но японцы идут «водородным» путём. Toyota уже продает автомобиль Mirai на топливных элементах и планирует десятикратный рост продаж марки на мировом рынке после выпуска Mirai второго поколения. Новая Toyota Mirai на 30% увеличит дальность пробега на одной заправке, то есть до 650 километров, сообщил автопроизводитель в конце ноября. Кроме выпуска собственных автомобилей, японский автогигант Toyota будет продавать модуль на топливных элементах другим автопроизводителям.

«Модуль на топливных элементах достиг высочайшего уровня удельной мощности на единицу объема», — утверждает Toyota.

Добавляется, что техническое обслуживание не требует особых забот. Новая система топливных элементов может сыграть решающую роль в отрасли. Модуль может быть использован компаниями, разрабатывающими топливные элементы для грузовых автомобилей, автобусов, поездов и судов, а также стационарных генераторов. Модуль может быть непосредственно подключен к существующему электрическому транспортному средству, снабженному двигателем, инвертором и батареей.

Читать еще:  Ауди 100 не набирает обороты двигатель причины

Преимущества

В электромобилях на топливных элементах (FCEV) водород, хранящийся в резервуаре, соединяется с кислородом из воздуха для производства электроэнергии, а в качестве отходов выделяется безвредный водяной пар.

В отличие от более распространенных электромобилей с батарейным питанием, автомобили на топливных элементах не нуждаются в долгом подключении для зарядки. Они «заполняют бак» почти так же быстро, как традиционные газовые и дизельные автомобили. Все современные модели превышают 300 миль дальности поездки на полном баке.

Да, но и развитие аккумуляторов для электрокаров не стоит на месте — производители также работают над сокращением времени подзарядки электромобилей. Тем не менее у водородного топлива есть еще одно преимущество перед электрическими батареями — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для холодной погоды: они не теряют заряд на морозе, как происходит с электрокарами.

Возражения

Хотя сами электромобили на топливных элементах выделяют только водяной пар из своих выхлопных труб, к загрязнению окружающей среды может привести производство водорода. Об этом говорит Союз заинтересованных ученых (Union of Concerned Scientists (UCS), некоммерческая научная правозащитная организация, базирующаяся в США). В их докладе говорится: несмотря на то, что возобновляемые источники водорода, такие как сельскохозяйственные угодья и свалки отходов, растут, большая часть водорода, получаемого в качестве топлива, поступает из традиционной добычи природного газа.

Но основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива. Средняя цена на водородное топливо в Калифорнии составляет около $16/кг (бензин продаётся галлонами 3,7 литра, а водород — килограммами). Бензин стоит $3 за галлон. Для сравнения: 1 галлон бензина имеет примерно такое же количество энергии, как 1 кг водорода. Однако электромобиль на водороде преодолевает большее расстояние, чем автомобиль с двигателем внутреннего сгорания (с эквивалентным количеством топлива).

Кроме того, стоимость заправки водородных автомобилей, скорее всего, снизится в ближайшем будущем. Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30%. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими источниками энергии для транспортных средств.

Кто еще за водород?

Инвестируют в развитие инфраструктуры для автомобилей на топливных элементах и другие крупные японские производители. Так, Honda и Toyota объединились с Shell Oil для строительства новых водородных заправочных станций в Калифорнии. В настоящее время в США продано более 1,1 тысячи электромобилей Honda Clarity на топливных элементах.

Корейский автогигант Kia Hyundai тоже вкладывает деньги в развитие водородных технологий и заявляет, что работает над тем, чтобы сделать водородные топливные элементы коммерчески жизнеспособными. Примером корейских водородных автомобилей является Nexo — технологический флагман Hyundai.

«Nexo создан c ориентиром на наш общий свободный и чистый завтрашний день. Такой, в котором автомобиль существует с человеком в единой среде, не мешая ему, не издавая лишних шумов и не оставляя загрязнений. Это свобода от долгих часов простоя для зарядки электрических батарей», — так позиционирует водородные автомобили рекламная служба Huyndai.

Рейтинг дальности корейского водородного кроссовера по версии EPA (Агентство по охране окружающей среды США) составил 380 миль, что больше, чем у любого аккумуляторного электромобиля на рынке.

«Производитель поставил себе цель продавать несколько тысяч автомобилей Nexo в год», — сообщают СМИ.

Работают в направлении углеродно-нейтрального будущего и промышленные гиганты General Motors и Ford Motor Company. В январе 2021 года GM заявила, что «идет ва-банк к полностью электрическому будущему, стремясь устранить все выбросы выхлопных труб от новых легковых автомобилей через 15 лет».

Читать еще:  Acura mdx какое масло в двигатель

Ford также говорит о своих намерениях перейти на полностью электрическую линейку автомобилей. До 2025 года компания инвестирует $22 млрд в электромобили, а к 2030 году — перейдет на полностью электрические пассажирские автомобили в Европе.

Какая доля будет принадлежать автомобилям на топливных элементах, сказать сложно. Но модуль, который презентовала Toyota, может послужить серьезному росту в этом сегменте.

В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.

После того как в 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива, «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.

В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.

Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода, — богатые запасы пресной воды (внутренние водоемы, тающие ледники Арктики и снега Сибири). Здесь уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».

Водород как надежда на чистое будущее

Последователи «водорода» говорят: как на смену лошадям пришло дизельное топливо, так и на смену нефти придёт новый источник топлива, не загрязняющий атмосферу вредными веществами, — водород. Водород — самое распространённое химическое вещество во Вселенной. Побочные продукты производства электричества из водорода — вода и тепло. Водород поступает в топливный элемент, который затем преобразует его в ток, необходимый для питания электродвигателя.

Различные компании работают над созданием автомобилей на водородных топливных элементах вот уже на протяжении шести десятилетий. Еще в 1966 году концерн General Motors представил первый прототип подобного автомобиля Electrovan, однако в массовое производство тот запущен не был.

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее, другие, как Илон Макс, напротив, всячески критикуют инвестиции в автомобили на топливных элементах и настаивают на развитии аккумуляторов для электрокаров. Как всегда, время рассудит.

Автор: Екатерина Воробьева

Подписывайтесь на канал «Инвест-Форсайта» в «Яндекс.Дзене»

Водородный пузырь

Билл Эптон, представляющий известный американский финансовый журнал Barrons считает, что Уолл-Стрит раздувает очередной биржевой пузырь, который грозит в один прекрасный момент лопнуть и похоронить ожидания сотен тысяч инвесторов. Он уверен, что цена акций Plug Power, Ballard Energy, Bloom Energy и ещё нескольких профильных компаний сегодня примерно в 50 раз превышает их настоящую стоимость. А огромный прирост, показанный ими в последние годы, обусловлен государственными дотациями и спекуляциями на тему водорода, но никак не реальным положением дел.

По словам Эптона, конкурировать с природным газом водород сможет в лучшем случае через десятилетие или даже позже. А пока для этого нет никаких предпосылок. Он слишком дорог в производстве, требует колоссальных вложений в создание новой инфраструктуры, да и экологически чистым продуктом его также назвать довольно трудно.

В результате электрохимической реакции, которая происходит при эксплуатации H2, в окружающую среду действительно не попадает никаких парниковых газов. Однако они выделяются при его производстве из метана. А процесс электролиза требует большого объёма электричества, далеко не всегда полученного экологически чистым способом.

Как считает г-н Эптон, акции водородных компаний — это, скорее, долгосрочное вложение. Надеяться на то, что в ближайшем будущем они продолжат ралли и будут дорожать такими же темпами, как в последнее время, было бы чересчур самонадеянно.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector