Водородный двигатель для автомобиля: описание, преимущества, принцип работы

Актуальность вопроса о замене нефтепродуктов более рентабельным и чистым экологически вариантом с каждым днём только прогрессирует. Сегодня лучшие умы планеты стараются его решить. И многое уже сделано. Лидирующей альтернативой потребителям нефти является водородный двигатель.

Технологии не стоят на месте и водородный двигатель вполне может заменить современные бензиновые агрегаты

Содержание

• Что такое водород, как использовать
• Водородные двигатели внутреннего сгорания
• Агрегаты, работающие от водородных батарей
• О выгодах применения
• Выгодные аспекты
• Доводка до совершенства
• Экскурс по истории

Что такое водород, как использовать

При всестороннем рассмотрении водород наиболее соответствует сегодняшним пожеланиям к дающим энергию источникам. Не загрязняет окружающую среду и практически бесконечен, если получать его из обычной воды.

Есть уже и автомобили, работающие на таком летучем веществе, как водород. Понятно, что до массового перехода на этот газ вместо бензина ещё далеко. Но тем не менее всё к тому идёт.

В основе используется реакция распада молекул воды на кислородные и водородные атомы. На сегодня применение этой реакции развивается по двум направлениям:

• использующие в своей работе водород двигатели внутреннего сгорания;
• водородные топливные элементы, питающие электродвигатель.

Рассмотрим каждое из них отдельно.

Водородные двигатели внутреннего сгорания

Здесь несколько нюансов. Внушительный нагрев и сжатие заставляют газ реагировать с металлическими составляющими агрегата и смазочной жидкостью. А при утечке, контактируя с раскалённым выпускным коллектором, конечно, он воспламеняется. Учитывая это, нужно использовать моторы роторные, у которых выпускной коллектор на приличном расстоянии от впускного. Что снижает вероятность воспламенения.

Также система зажигания требует некоторых изменений. И агрегат на водороде с внутренним сгоранием уступает по КПД электродвигателю на водородных элементах. Но всё это уже разрабатывается достаточно долго, поэтому не далёк тот день.

Вот пример — BMW 750hL, автомобиль с водородным двигателем. Сошедший с ленты конвейерной маленьким тиражом. Под капотом двигатель на двенадцать цилиндров. Топливом ему служит замес из кислорода и водорода, по составу идентичный ракетному горючему. Машина может набрать максимум 140 км/ч. Газовое ассорти, сжиженно-охлаждённое, содержится в добавочном баке. Его объёма достаточно для покрытия трёхсот километров, а если по пути смесь закончилась, мотор начинает потреблять чистый бензин из основного бака автоматом. Стоимость авто не превышает цен на машины такой же категории, но с карбюраторным движком — порядка 90 тыс. $.

Агрегаты, работающие от водородных батарей

Здесь принцип работы водородного двигателя — электролиз. Тот же, что у свинцовых аккумуляторов. Только КПД составляет 45%.

Через мембрану такой «батарейки» пройти могут только протоны. Электроды разных полюсов разделены этой мембраной. К аноду подаётся водород, на катод — кислород. Катализатор, покрывающий их (это платина), заставляет терять электроны. Катод притягивает протоны, пропущенные мембраной, и они начинают реагировать на электроны, итог реакции — образование воды и электрического тока. От анода электричество посредством проводов поступает уже к электромотору, т. е. питает его.

Агрегаты, питающиеся от водородных батарей, с рабочими названиями «Антэл-1» и «Антэл-2», уже работают на отечественных авто «Нива» и «Лада» в качестве концепта. Первая силовая установка преодолевает двести тысяч метров за один «полный бак», вторая триста.

О выгодах применения

У водородного карбюраторного мотора горючее только обогащается газовой смесью на 10%, но это на 30–50% понижает расход самого горючего. Получается, что на том же объёме топлива вы будете проезжать, например, не сто пятьдесят, а двести вёрст.

Вот какие достоинства водородного двигателя уже сегодня. А в будущем применение этого чудесного газа, как движущей силы для автомобиля, открывает широчайший ряд выгодных аспектов.

Для получения энергии нужна будет только вода

Выгодные аспекты

• бесплатное сырьё — вода, из которой газ можно брать бесконечно;
• во время реакции получаемые вещества вреда экологии не доставляют;
• благодаря реактивному сгоранию КПД рассматриваемого агрегата на порядок выше карбюраторного;
• колоссальная горючесть газа позволяет силовой установке бесперебойно работать при любых атмосферных показателях как минусовых, так и плюсовых;
• детонация при сгорании водородной смеси в разы ниже, чем у бензина, что снижает шумы и вибрацию при работе агрегата;
• здесь не требуется сложных систем трансмиссии, охлаждения и смазки, значит, повышается простота обслуживания благодаря уменьшению числа деталей.

Доводка до совершенства

Чтобы двигатель на водородных элементах работал в постоянном режиме, помимо прочего, ему нужны объёмные аккумуляторы и преобразователи. А в том виде, в котором они доступны сейчас, используется слишком много места для них. Здесь при изготовлении нужен принципиально новый подход.

Топливные элементы ещё слишком дорогие. Пока только ведётся поиск альтернативных материалов для их производства.

Не доработана пожаробезопасность силовой установки. И вопрос ёмкостей для водорода остаётся открытым. Само устройство водородного двигателя, можно сказать, ещё только приобретает будущие черты.

Экскурс по истории

Примечательно, что водородный двигатель был изобретён гораздо раньше бензинового. Но развитие получил почему-то второй. Построенный во Франции ещё в 1806 году учёным Франсуа Исааком де Риваз агрегат уже тогда работал от гидролиза воды. А бензин для ДВС стали применять только в 1870.

Видео об использовании водорода в качестве топлива для авто:

Во времена, не столь далёкие, а именно в Великую Отечественную войну, есть свидетельство ещё одного удачного использования водорода, как источника получения энергии. В Ленинграде в блокаду бензина катастрофически не хватало. Поэтому было решено для работы аэростатов заграждения и приводящих лебёдок использовать водород, которого было достаточно. И это сыграло немаловажную роль по защите города.

Вот такая альтернатива нефтепродуктам есть у человечества на сегодня. И работа в этом направлении ведётся всё интенсивнее. Про то, как работает водородный двигатель сейчас и как он будет работать завтра, можно говорить только в общих чертах. Ясно одно — за водородом будущее нашей планеты.

Если имеется чем дополнить, комментарии ждут вас внизу.

Водородные двигатели | Cummins Inc.

Есть вопросы о водородных двигателях? Вы можете начать с простых ответов на этой странице, а затем углубиться в эту тему, чтобы получить дополнительную информацию о водородных двигателях.

Растущий интерес к водородным двигателям

Водород и водородные двигатели привлекают большое внимание деловых кругов, средств массовой информации и правительства. На то есть веская причина — необходимость сократить глобальные выбросы парниковых газов и достичь нулевых выбросов больше, чем когда-либо. А водородное топливо — один из самых перспективных носителей неископаемой энергии.

В электроэнергетическом секторе быстро развиваются технологии преобразования энергии в водород и водорода в энергию, такие как турбины для сжигания водорода. В транспортном секторе первоначально внимание было сосредоточено на водородных электромобилях на топливных элементах (FCEV). В последнее время водородные автомобили с двигателями внутреннего сгорания также привлекают повышенное внимание, особенно среди грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности.

Водородные двигатели поддержат вас в вашем стремлении к нулевым выбросам, используя безуглеродное водородное топливо в FCEV и технологии, знакомые производителям транспортных средств, автопаркам и водителям.

Присоединяйтесь к нам на IAA 2022

Destination Zero™, наша стратегия по достижению нулевых выбросов, будет в центре нашей презентации на IAA. Мы продемонстрируем наши новейшие технологии и инновации, поскольку мы активно работаем над тем, чтобы перевести наших клиентов на продукты, которые в конечном итоге устраняют выбросы углерода.

Подготовьтесь к IAA, ознакомившись с последними новостями, продуктами и многим другим:

• Будущее коммерческого транспорта
• Водородные двигатели в сфере передвижения и транспорта
• Сокращение выбросов коммерческого транспорта для достижения нулевого уровня выбросов (Destination Zero)

Посетите наш центр IAA для получения дополнительной информации

Экологические преимущества водородных двигателей

Транспортные средства с водородными двигателями внутреннего сгорания могут работать без каких-либо выбросов CO₂, исходящих от водородного топлива, прямых или косвенных, в зависимости от используемого источника водорода.

Например, водород, полученный путем электролиза с использованием электроэнергии, поступающей от солнечных батарей или ветряных турбин, позволяет управлять автомобилем без выбросов CO₂. Кроме того, водородное топливо не выделяет твердых частиц, угарного газа или летучих органических соединений.

Однако водородные двигатели могут выделять некоторое количество оксидов азота (NOx), загрязнителя атмосферы, который может способствовать образованию дымки, иногда наблюдаемой над большими городами в летние месяцы. Системы нейтрализации выхлопных газов используются для устранения большей части выбросов оксидов азота.

В Соединенных Штатах перевод грузовиков средней и большой грузоподъемности на чистый водород устранит около четверти всех выбросов парниковых газов в транспортном секторе.

 

 

Роль водородных двигателей в продвижении к нулевым выбросам

Водород, полученный из возобновляемых источников, является одним из видов топлива с нулевым уровнем выбросов для транспортных средств.

Водородные двигатели предлагают производителям транспортных средств и автопаркам уникальное преимущество среди различных технологий с низким или нулевым выбросом углерода. Водородные двигатели созданы на базе современных и надежных двигателей внутреннего сгорания. Для производителей транспортных средств это знакомая технология при проектировании и производстве автомобилей. Для автопарков это также знакомая технология эксплуатации, поддержки, устранения неполадок и обслуживания.

Никогда не пропустите последнее

Будьте в курсе новейших технологий, продуктов, отраслевых тенденций и новостей.

Адрес эл. почты

Компания

Отправьте мне последние новости (отметьте все, что применимо):

Грузоперевозки

Автобус

Пикап

Строительство

Сельское хозяйство

CAPTCHA

Этот вопрос предназначен для проверки того, являетесь ли вы реальным человеком, а также для предотвращения размещения автоматических спам-запросов.

Переход на водородные двигатели внутреннего сгорания

Водородные двигатели надежны, имеют знакомую технологию и приносят пользу окружающей среде. Это делает переход на водородные двигатели операционно и экономически целесообразным.

Однако часто возникают два вопроса, связанные со сложностями при переходе на водородные двигатели.

Первый — это вопрос хранения. Водородные транспортные средства требуют экономичных способов хранения водорода на самом транспортном средстве. Cummins Inc. недавно создала совместное предприятие с NPROXX, лидером в области хранения и транспортировки водорода для резервуаров для хранения водорода. Это совместное предприятие будет поставлять водород и
продукты для хранения сжатого природного газа для автомобильного и железнодорожного транспорта.

Второй вопрос — это инфраструктура заправки. Автомобили и грузовики, работающие на водороде, могут управляться только в том случае, если водород доступен. Именно здесь грузовые перевозки становятся отличным начальным вариантом использования водородных двигателей — подробнее об этом в следующем разделе.

Кто начнет использовать водородные двигатели первым?

Как вы думаете, какой тип транспортного средства будет широкомасштабно использовать водородные двигатели?

Вопреки популярному в течение протяжении десятилетий мнению, вряд ли это будут личные автомобили — аккумуляторная электрическая технология кажется лучшим выбором для этого приложения.

Средняя и тяжелая техника с гораздо большей вероятностью обратится к водородным топливным элементам или водородным двигателям. Вполне вероятно, что в ближайшее десятилетие автобусы и дальнобойные машины, работающие на водороде, станут обычным явлением. Они дополнят аккумуляторные электрические автобусы и грузовики, которые также экономически и эксплуатационно выгодны для определенных профилей задач и типов использования.

Внедорожники, строительная и сельскохозяйственная техника и даже корабли с водородным двигателем также, вероятно, станут обычным явлением. Скорее всего, это будет техника, которую трудно электрифицировать из-за ее вариантов использования и профилей задач.

Производство электроэнергии — еще один вариант использования водородных двигателей в ближайшем будущем.

Примеры водородных двигателей в транспортной сфере

испльзование водородных двигателей уже не за горами, так что посмотрите примеры водородных двигателей из транспортного сектора.

Примеры водородных двигателей

Водородная экономика будет запущена водородными двигателями

Водородная экономика — это общесоциальное решение проблемы глобального потепления и истощения запасов ископаемого топлива.

В водородной экономике ископаемое топливо заменяется водородом, полученным из возобновляемых источников.

Одна из основных проблем, препятствующих продвижению в этом направлении, носит замкнутый характер. Массовое использование водорода может начаться, как только водородное топливо станет широко доступным, и водородное топливо станет широко доступным, как только оно найдет широкое применение.

Но есть и хорошие новости: существуют приложения, в которых использование водородных двигателей целесообразно при отсутствии разветвленной сети водородных заправочных станций.

Например, дальнемагистральные перевозки на водородных двигателях возможны только при наличии нескольких водородных станций, расположенных вдоль основных маршрутов доставки. Водородные двигатели могут инициировать и положительный цикл, ведущий к большей доступности водорода и, следовательно, к большему количеству водородных применений.

Водородные двигатели и топливные элементы

Водородные двигатели и водородные
топливные элементы — это совершенно разные технологии, которые выполняют аналогичную функцию: приведение в действие транспортного средства с использованием водорода.

Это две дополняющие друг друга технологии, которые применяются по-разному и отвечают разным требованиям конечных пользователей.

Топливные элементы — это новая передовая технология.

Водородные двигатели — это просто модифицированные двигатели внутреннего сгорания. Инфраструктура заправки водородом, разработанная для использования одного, может служить и для другого. И любое развитие более экономичного хранения водорода на борту полностью применимо к обоим.

Водородные двигатели и
топливные элементы: сходства и различия

От того, как они работают, до вариантов использования и выбросов. Сходства и различия между водородными двигателями и топливными элементами.

Прочитать сейчас

Подробнее о водородных двигателях

Все новости

Электромобили с водородными топливными элементами

Март 2009 г.

В 2003 году NECAR 5 пересек США за 12 дней, доказав, что автомобили на топливных элементах могут преодолевать большие расстояния. (Изображение: DaimlerChrysler)

Более двухсот лет назад, в 1806 году, швейцарский инженер Франсуа Исаак де Риваз изобрел двигатель внутреннего сгорания, в котором в качестве топлива использовалась смесь водорода и кислорода. Но машина, которую он разработал для него, оказалась неудачной. Первые электромобили были изобретены примерно 25 лет спустя, задолго до того, как Даймлер, изобретатель современного газового двигателя в 1885 году, и Бенц, получивший патент DRP 37435 на автомобиль, работающий на газовом топливе, в 1886 году.

На рубеже 20-х годов ^-го -го века электромобили были более популярны, чем модели с бензиновым двигателем, во многом по тем же причинам, по которым потребители сегодня обращают второй взгляд на электромобили: они не выделяли вредных газов, были тихими, более плавными. и легче управлять. Так почему же бензиновые автомобили, загрязняющие окружающую среду, захватили рынок? Сыграли роль несколько факторов.

Генри Форд, хорошие дороги, дешевый бензин

«Я построю машину для многих», — заявил Генри Форд в 1919 году.03. Так он и сделал: Модель Т с двигателем внутреннего сгорания, работавшим на бензине, была выпущена в 1908 году по цене 950 долларов США. За 19 лет производства его цена упадет до 280 долларов США. Никакой другой автомобиль не мог конкурировать, не говоря уже об электромобилях, которые на пике своего развития в 1912 году продавались в среднем за 1950 долларов США. Надпись была на стене.

Электромобили также проиграли из-за ограниченного пробега. На рубеже веков это не было проблемой, так как единственные подходящие дороги для вождения были в городах. Но после Первой мировой войны страны начали строить шоссе и дороги, чтобы соединить свои города. Владельцы автомобилей вскоре захотели выйти за пределы возможностей электромобилей.

Открытие больших запасов сырой нефти снизило цены на бензин, сделав его более доступным. Но электромобили не исчезли, равно как и использование водорода в качестве топлива. Они просто исчезли из массового сознания, пока газовый кризис 1970-х годов и экологические проблемы не вернули их на первый план.

Чистая энергия

Современные двигатели внутреннего сгорания можно легко переоборудовать для работы на различных видах топлива, включая водород. Однако водородные топливные элементы, используемые для питания автомобилей с электродвигателями, в два-три раза эффективнее, чем двигатели внутреннего сгорания, работающие на газе. Кроме того, они имеют нулевой уровень выбросов, а поскольку в них мало движущихся частей, они работают тихо и без вибраций.

Водород — один из самых распространенных элементов во Вселенной. Его можно извлечь из природного газа, угля, сырой нефти и т. д., но вода является единственным экологически чистым источником водорода. Атомы водорода и кислорода в воде можно легко и чисто разделить с помощью электролиза, в идеале с использованием электричества из чистых источников, таких как солнечные батареи и ветряные турбины. Полученный водород можно сжимать для хранения и использования в топливных элементах.

Валлийский физик Уильям Гроув в 1842 году изобрел первый простой водородный топливный элемент. Гроув рекомбинировал водород с кислородом — обратный процесс электролиза — для производства электроэнергии с использованием только чистой воды в качестве побочного продукта.

Фрэнсис Бэкон, инженер-химик из Кембриджского университета в Великобритании, чей интерес пробудился, когда он прочитал статьи, опубликованные Гроувом около 100 лет назад, значительно продвинул технологию в 1950-х годах. Пратт и Уитни лицензировали патенты Бэкона на топливные элементы в 1960-х годах и развили технологию для использования НАСА — один и тот же топливный элемент мог обеспечивать электричеством для питания в полете, теплом и чистой питьевой водой экипажи на борту космических кораблей. Аполлон, Близнецы и все последующие миссии НАСА, включая космический шаттл, использовали топливные элементы. Технология Гроува достигла совершеннолетия.

Ballard подала более 200 международных патентных заявок, касающихся технологии водородных топливных элементов, с тех пор, как компания начала использовать РСТ в 1991 году. (Фото Ballard Power Systems)

Ряд компаний, основанных после нефтяного кризиса 1970-х годов свои бизнес-модели водородного топливного элемента как чистого источника возобновляемой энергии, используя статью Гроува и патентную информацию Бэкона в качестве отправной точки для своих исследований. В настоящее время исследователи работают над многими типами топливных элементов, о чем свидетельствуют сотни международных патентных заявок, поданных в соответствии с Договором о патентной кооперации (PCT) на изобретения, связанные с топливными элементами, за последние несколько лет.

В 1990-х годах исследовательская группа компании Ballard Power Systems в Канаде совершила большой прорыв, найдя способ увеличить удельную мощность водорода, увеличив среднее значение с 200 Вт/л до примерно 1500. Используя технологию топливных элементов PEM от Ballard, автомобиль с двигателем такого же размера, как у бензинового автомобиля, может сравниться с ним по производительности — разгон с нуля до 100 км/ч за 15 секунд с максимальной скоростью около 150 км/ч. Эта технология также пригодна для бытового использования (электроэнергия и отопление) или в качестве резервного источника питания.

 

 

Но безопасно ли это?

Упомяните водород, и многие люди думают о катастрофе Гинденбурга в 1937 году, когда наполненный водородом дирижабль загорелся, в результате чего погибли все 35 человек на борту. Но многочисленные исследования, например, проведенные отставным инженером НАСА Аддисоном Бэйном в 1997 году, пришли к выводу, что водород не сыграл никакой роли в возникновении пожара в Гинденбурге. Чрезвычайная воспламеняемость алюминиевой тканевой оболочки Гинденбурга вызвала катастрофу, а не газ внутри. Водород очень легко воспламеняется, как и бензин. Кроме того, водород по своей природе не взрывоопасен, и при отсутствии источников воспламенения маловероятно, что водород воспламенится в открытой атмосфере. В то время как бензин самовоспламеняется при температуре от 228 до 501ºC, температура самовоспламенения водорода составляет 550ºC. В принципе, чтобы произошел взрыв, водород должен сначала накопиться и достичь четырехпроцентной концентрации в воздухе в замкнутом пространстве, а затем должен сработать источник воспламенения. При наличии надлежащих систем безопасности это вряд ли когда-либо произойдет. Водород легче воздуха и быстро рассеивается, поэтому риск возгорания или взрыва водорода на открытой местности также намного ниже, чем у бензина. Источник www.fuelcellmarkets.com

 

 

Заправьте ее: сжатым водородом, пожалуйста

Honda демонстрирует концептуальный автомобиль FCX , полностью функциональный электромобиль нового поколения на топливных элементах. Honda подала более 40 патентов PCT, связанных с топливными элементами. (Courtesy Honda)

DaimlerChrysler, Ford, Honda, General Motors, Mazda — все эти крупные автомобильные компании разработали концептуальные автомобили на топливных элементах, некоторые из которых были доставлены клиентам для испытаний. В 2003 году команда DaimlerChrysler пересекла США за 12 дней на топливных элементах NECAR 5, достигнув рекордной скорости 160 км/ч и доказав, что автомобили на топливных элементах могут преодолевать большие расстояния. Mazda начала сдавать автомобили RX-8 на топливных элементах в аренду коммерческим клиентам в Японии в начале 2006 года, став первым производителем, предоставившим клиентам водородный автомобиль.

Заправка в настоящее время остается проблемой для клиентов, если они не живут в Калифорнии, где к 2010 году планируется построить от 150 до 200 водородных заправочных станций. Ряд автомобильных компаний стремятся решить эту проблему, предоставляя потребителям домашние водородные заправочные станции. Honda недавно представила третье поколение бытовой установки, разработанной совместно с американской компанией Plug Power Inc., производящей топливные элементы. И GM, вице-председатель которой Боб Лутц считает, что топливные элементы могут открыть для компании новый золотой век, планирует выпустить домашнюю модель, который будет производить водород либо из электричества, либо из солнечного света в 2011 году. В 2007 году GM намерена предоставить потребителям 100 внедорожников Chevrolet Equinox на водородных топливных элементах для испытаний9.0003

Хорошо выглядит

Элегантный и бесшумный велосипед ENV (Фото: Intelligent Energy Ltd.)

Автомобиль Франсуа Исаака де Риваза вышел из строя из-за плохой конструкции. Но беглый взгляд на автомобили на топливных элементах на этих страницах показывает, что производители теперь остро осознают стратегическую важность хорошего дизайна. Их экологичность может покорить умы потребителей, но их сердца покорит хороший дизайн.

Велосипед ENV от Intelligent Energy Ltd. получил золотую награду IDEA за дизайн в 2006 г. (см. Журнал ВОИС, выпуск 5/2006 г. – сводка новостей). Он был построен с нуля для демонстрации использования водородных топливных элементов, практически бесшумен и развивает максимальную скорость 80 км/ч. Intelligent Energy намеревается сделать велосипед доступным для потребителей в середине 2007 года по цене менее 10 000 долларов США. Компания начала использовать РСТ в 2003 году и имеет десять опубликованных международных патентных заявок на свою технологию топливных элементов, включая «Core», портативный водородный топливный элемент, который можно использовать в велосипеде ENV для питания лодки или небольшого дома.

Солнечно-водородный дом

Майк Стризки, инженер компаний Renewable Energy International, Inc. и Advanced Solar Products, Inc. , построил экологически чистую энергосистему для своего дома, используя 56 солнечных панелей и электролизер для извлечения водорода из воды, который он затем хранит в танки на его территории. Солнечные панели обеспечивают 160 процентов потребностей дома в электроэнергии летом и 60 процентов таких потребностей зимой. Сезонное управление энергопотреблением создает запасы водорода летом для использования зимой. Кроме того, в течение всего года доступно достаточное количество водорода для питания транспортных средств и бытовой техники, в том числе для приготовления пищи на водороде. У него более чем достаточно энергии, чтобы питать его джакузи, бассейн, телевизор с большим экраном и автомобили на водородных топливных элементах. (Фото: Renewable Energy International)

 

Снова в пути

Правительство Бразилии объявило, что Сан-Паулу, один из самых загрязненных городов мира, в котором также находится самый большой в мире городской автобусный парк, в ноябре 2007 года начал эксплуатировать пять автобусов на водородных топливных элементах. Проект стоимостью 16 миллионов долларов США поддерживается Программой развития Организации Объединенных Наций (ПРООН), Глобальным экологическим фондом (ГЭФ) и Агентством по финансированию исследований и проектов (FINEP). Цели проекта:

• Разработка решения для общественного транспорта с нулевым уровнем выбросов;
• Чтобы получить представление о топливных элементах и ​​водородных технологиях, что позволит Бразилии занять лидирующие позиции благодаря своему потенциальному рынку;
• Работать над развитием опыта и знаний в Бразилии с целью создания рынка технологий водорода и топливных элементов; и
• Разработать бразильские спецификации для безопасного и эффективного производства, погрузочно-разгрузочных работ, стационарного и автомобильного применения, что позволит разработать безопасное и эффективное использование водорода.

Автобусы на водородных топливных элементах проходят испытания в Перте, Австралия. (Фото: Ballard Power Systems)

Санта-Клара, США, Перт, Австралия, Пекин, Китай и десять европейских городов уже используют автобусы на водородных топливных элементах в своих системах общественного транспорта. Пока результаты положительные. Три автобуса, курсирующие в Перте с сентября 2004 года, работают более восьми часов в день пять дней в неделю. Говорит водитель автобуса Пол Вроблевски: «Пассажиры были очень заинтересованы в новых автобусах на топливных элементах. Тишина внутри автобуса позволила мне услышать несколько оживленных дискуссий о новых технологиях и их новых знаниях».

Мы уже на месте?

Не совсем. У водорода есть несколько недостатков:

• Для извлечения водорода из воды требуется довольно много энергии.
• Водород, газ при комнатной температуре, трудно хранить: он должен быть сильно сжат – для этого требуются емкости для хранения с безопасным давлением – или сжижен путем охлаждения (криогенный водород).
• Технология топливных элементов является относительно новой, а элементы хрупкими и дорогими.

Продолжается работа по разработке менее дорогостоящих топливных элементов, которые соответствуют или превышают технические характеристики для приложений, в которых они используются. Исследователи недавно объявили об альтернативном методе получения водорода непосредственно из солнечного света и воды с помощью металлического катализатора, который может обеспечить экономичное прямое преобразование солнечной энергии в водород. Ученые также исследуют гидриды металлов и кристаллические материалы как решения проблем хранения. Гидриды металлов образуются в результате объединения чистого водорода с чистым или легированным металлом и обеспечивают более высокую плотность хранения водорода, чем сжатие.

За относительно короткое время исследования и человеческая изобретательность превратили умирающую технологию в возможное решение проблемы возобновляемых источников энергии, создав экологически чистые и привлекательные транспортные средства. Кто знает, какие еще самородки могут томиться в выцветших научных статьях и патентной информации?

Сильви Кастонгей, Редакция журнала ВОИС, Отдел коммуникаций

Ссылки по теме

• Зеленые технологии: электрические автомобили с водородными топливными элементами (1-я публикация в выпуске 1/2007)

Удивительная история водородных транспортных средств

Возможно, недавно вы видели на дорогах один или два автомобиля с водородным двигателем, но знаете ли вы, что водородные технологии восходят к 1800-м годам?

Сегодня мы рассмотрим историю водородных автомобилей, от их скромного начала до того, чем они являются сегодня: многообещающее дополнение к двигателям внутреннего сгорания и электромобилям для личного и коммерческого использования.

1800-е годы: начало

1806: Первый двигатель на водороде

Первый двигатель внутреннего сгорания работал не на бензине, а на смеси водорода и кислорода в 1806 году. Швейцарский инженер Франсуа Исаак де Риваз содержал газообразный водород в воздушном шаре и использовал электрическое напряжение стартер для зажигания. К сожалению, автомобиль с водородным двигателем, разработанный Ривасом в следующем году, потерпел неудачу.

1860: Знакомство с гиппомобилем

В 1860 году бельгийский изобретатель Этьен Ленуар разработал трехколесный гиппомобиль. Ленуар создал водород путем электролиза воды, и полученный газообразный водород привел в действие одноцилиндровый двухтактный двигатель. В конце концов Ленуар продал 350-400 автомобилей Hippomobile, подготовив почву для первого запатентованного автомобиля на газовом топливе, изобретенного Карлом Бенцем в 1886 году.0003

1889: Первые водородные топливные элементы

Хотя первый топливный элемент был задуман в 1839 году, термин «топливный элемент» впервые был использован в 1889 году Людвигом Мондом и Чарльзом Лангером, которые построили топливный элемент на промышленном угольном газе. и воздух.

1900-е годы: водород уступает место бензину

В то время как эксперименты с водородными автомобилями продолжались на протяжении всего 20-го века, бензиновые двигатели внутреннего сгорания доминировали в автомобильной промышленности. Тем не менее, водородные инновации развивались.

1930-е годы: появление нового водородного автомобиля

Перенесемся в 1933 год, к рождению следующего водородного автомобиля. Норвежская энергетическая компания Norsk Hydro разработала водородный грузовик, в котором использовался двигатель внутреннего сгорания, приводимый в движение водородом, извлеченным из установки риформинга аммиака.

В 1939 году британский инженер Фрэнсис Т. Бэкон разработал пятикиловаттный топливный элемент, первый массовый топливный элемент 20-го века. Бэкону потребовалось еще двадцать лет, чтобы усовершенствовать свою конструкцию до такой степени, что ячейка могла питать сварочный аппарат.

1941: Нехватка газа Топливо Водород Прогресс

В 1941 году Россия переоборудовала 200 грузовиков с бензиновым двигателем для работы на водороде. Водородный газ сжигался чище и работал дольше, чем бензин, которого не хватало из-за нехватки топлива во время Второй мировой войны.

1959: Прибытие топливных элементов

В 1959 году топливный элемент приводил в действие 2-сильный трактор, первый в своем роде. В начале 1960-х годов GE произвела электрическую систему на топливных элементах для космической программы НАСА. По сей день эти водородные топливные элементы обеспечивают питьевую воду для космических экипажей во время полета.

1966: General Motors лидирует

В 1966 году General Motors’ Electrovan, один из первых электромобилей на топливных элементах (FCEV), использовал топливный элемент, который сочетал жидкий кислород и переохлажденный жидкий водород. Это новшество стало первым шагом к использованию водорода и кислорода под давлением, получаемых из окружающего воздуха.

1970-е годы: забота об окружающей среде, усилия по повышению эффективности

Опасения по поводу загрязнения воздуха и нехватки топлива были движущей силой инноваций в области экологически чистой энергетики. В то время как автомобили на топливных элементах были в основном разовыми демонстрациями, несколько производителей автомобилей экспериментировали с FCEV и создали системы хранения водорода.

1980-е годы: развитие транспортных приложений

Военно-морской флот начал изучать использование топливных элементов на подводных лодках, чтобы использовать их эффективные и малозаметные эксплуатационные качества. Подводные лодки на топливных элементах могут оставаться под водой незамеченными до трех недель.

1998 г.: Исландия наращивает производство водорода

В 1998 г. Исландия объявила о своем плане создания водородной экономики. Исландия планировала перевести все свои транспортные средства общественного транспорта на автомобили на топливных элементах в течение десяти лет.

1999: Европа исследует развитие технологии топливных элементов

В 1999 году в Германии была открыта первая коммерческая водородная станция для грузовых и легковых автомобилей. Между тем, Daimler Chrysler представил свой автомобиль на жидком водороде NECAR 4, который вызвал восторженные отзывы критиков.

2000-е годы: современные топливные элементы произвели революцию в водородной технологии

С началом нового тысячелетия стали проявляться опасения по поводу выбросов, эффективности и энергетической безопасности. Повышенное внимание к снижению зависимости от ископаемого топлива стало катализатором для пересмотра разработки топливных элементов в качестве устойчивого источника энергии.

Общественный транспорт на водороде становится глобальным

В 2018 году Норвегия, Китай и некоторые части Великобритании начали использовать автобусы на топливных элементах и ​​другие транспортные средства, работающие на водороде. Водородные установки начали распространяться, что позволило таким странам, как Австралия, производить и экспортировать водородное топливо.

Крупные автопроизводители инвестируют в разработку водородных автомобилей

Стремление отказаться от ископаемого топлива снова вызвало интерес к технологии водородных топливных элементов, что побудило производителей автомобилей, таких как Toyota и Hyundai BMW, разрабатывать и выпускать автомобили на водородных топливных элементах.

По состоянию на декабрь 2020 года на дорогах общего пользования находилось 31 225 пассажирских автомобилей FCEV.

Эти марки и модели * включают в себя:

• Toyota Mirai (выпущен в 2014 году)
• Hyundai Nexo (выпущен в 2018 году)
• Honda FCX Clarity (производимый с 2021121)

)

929

)

921.

921.

921.

121)

. Модели, доступные на некоторых рынках

Снижение стоимости топливных элементов

По данным Министерства энергетики США (DoE), с 2002 года стоимость топливных элементов снизилась на 80%. цены на автомобили в пределах досягаемости среднего потребителя в течение десятилетия.

Будущее транспортных средств на водороде

Транспортным средствам, работающим на водороде, может потребоваться больше времени, чтобы стать жизнеспособными для крупномасштабного распространения, в первую очередь из-за ограничений инфраструктуры.