Автомобили на водородном топливе сообщение

Обновлено: 04.07.2024

О том, на сколько же еще далек от нас водородный автомобиль

Водород (H2) - это альтернативное топливо, которое получают из углеводородов, биомассы, мусора. Водород помещают в топливные элементы (что-то вроде бензобака для топлива) и автомобиль перемещается, используя энергию водорода.

Хотя водород пока рассматривается только как альтернативное топливо будущего, правительство и промышленность работают над чистым, экономичным и безопасным производством водорода для электрических автомобилей на топливных элементах (FCEV). FCEV уже поступают на рынок в регионах, где немного развита инфраструктура водородных заправок. Рынок также развивается для спецтехники: автобусов, погрузочно-разгрузочного оборудования (например, вилочных погрузчиков), наземного вспомогательного оборудования, средних и больших грузовиков.

Автомобили на водороде Toyota, GM, Honda, Hyundai, Mercedes-Benz понемногу появляются в дилерских сетях. Стоят такие машины в районе 4-6 миллионов рублей (Toyota Mirai - 4 млн. руб., Honda FCX Clarity - 4 млн. руб.).

Ограниченными сериями выпускаются:

BMW Hydrogen 7 и Mazda RX-8 hydrogen — двухтопливные (бензин/водород) легковые автомобили. Используют жидкий водород.
Audi A7 h-tron quattro — электро-водородный гибридный легковой автомобиль.
Hyundai Tucson FCEV
Ford E-450. Автобус.
Городские автобусы MAN Lion City Bus.

Испытывают:

Ford Motor Company — Focus FCV;
Honda — Honda FCX;
Hyundai Nexo
Nissan — X-TRAIL FCV (топливные элементы компании UTC Power);
Toyota — Toyota Highlander FCHV
Volkswagen — space up!;
General Motors;
Daimler AG — Mercedes-Benz A-Class;
Daimler AG — Mercedes-Benz Citaro (топливные элементы компании Ballard Power Systems);
Toyota — FCHV-BUS;
Thor Industries — (топливные элементы компании UTC Power);
Irisbus — (топливные элементы компании UTC Power);

Водород обилен в окружающей среде. Он хранится в воде (H2O), углеводородах (метан, CH4) и других органических веществах. Проблема водорода как топлива в эффективности его извлечения из этих соединений.

При извлечении водорода, в зависимости от источника, в атмосферу попадают вредные для окружающей среды выбросы. При этом, автомобиль работающий на водороде, в качестве выхлопных газов выделяет только водяной пар и теплый воздух, у него нулевой уровень выбросов.

ВОДОРОД В КАЧЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА

Интерес к водороду как альтернативному транспортному топливу обусловлен:

способностью использовать топливные элементы в FCEV с нулевым уровнем выбросов;
потенциалом для внутреннего производства;
быстрой заправкой автомобилей (3-5 минут);
по расходу и цене, топливные элементы до 80 процентов эффективнее обыкновенного бензина

В Европе стоимость заправки полного бака водорода емкостью в 4.7 килограмма обойдется в 3 369 рублей (717 рублей за килограмм). На полном баке Toyota Mirai в среднем проезжает 600 километров, итого 561 рубль на 100 километров. Для сравнения, цена 95-го бензина равна 101 рубль, т.е. 10л бензина обойдется в 1010 рублей или 6 060 рублей за 600 километров. Цены на 2018 год.

Данные розничных водородных заправочных станций, собранные и проанализированные Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, показывают, что среднее время на заправку FCEV, составляет менее 4 минут.

Топливный элемент, соединенный с электродвигателем, в два-три раза быстрее и экономичнее, чем двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине. Водород используют и как топливо для двигателей внутреннего сгорания (BMW Hydrogen 7 и Mazda RX-8 hydrogen). Однако, в отличие от FCEV, такие двигатели выпускают вредные выхлопные газы, не такие мощные как водородные и быстрее подвержены износу.

В 1 килограмме газообразного водорода столько же энергии как в бензине объемом 1 галлон (6,2 фунта, 2,8 килограмма). Поскольку в водороде низкая объемная плотность энергии, он хранится на борту транспортного средства в виде сжатого газа. В машинах водород хранится в резервуарах высокого давления (топливных элементах), способных хранить водород на 5000 или 10000 фунтов на квадратный дюйм (psi). Например, FCEV, выпускаемые автопроизводителями и доступные в автосалонах, имеют емкость в 10 000 фунтов на квадратный дюйм. Розничные диспенсеры, которые в основном расположены на автозаправочных станциях, заполняют такие резервуары за 5 минут. Разрабатываются и другие технологии хранения, включая химическое соединение водорода с металл гидридом или низкотемпературными сорбционными материалами.

Заправочных станций на водородные машины почти нет, следите за динамикой - в 2006 году в мире насчитывалось 140 заправок, а к 2008 году 175. Чувствуете, за 2 года построено 35 станций, 45% из которых находятся в США и Канаде. К 2018 году число станций равно приблизительно 300 единицам. Еще есть мобильные станции и домашние, точное число которых не известно.

КАК РАБОТАЕТ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Прокачивая кислород и водород через катоды и аноды, которые контактируют с платиновым катализатором, происходит химическая реакция, в результате которой получается вода и электрический ток. Набор из нескольких элементов (ячеек) необходим, чтобы увеличить заряд в 0,7 вольт в одной ячейке, что приводит к увеличению напряжения.

Ниже смотрите схему, как получается топливный элемент.

ГДЕ ЗАПРАВЛЯТЬ ВОДОРОДОМ АВТОМОБИЛИ

Революция водородных топливных элементов не начнется без достаточного потребителю количества водородных АЗС, поэтому отсутствие инфраструктуры водородных заправочных станций по-прежнему тормозит развитие водорода как альтернативного вида топлива . Американцы уже давно видят на своих улицах машины, передвигающиеся на топливных элементах, например, Honda FCX Clarity, которые каждый день перевозят людей на работу и с работы. Почему же до сих пор нет заправочных станций?

Хотим отметить, что в статье обсуждается американский рынок, ибо в России, о водородном топливе для автомобилей пока говорить нечего, его тут просто нет. И причина не в лобби нефтяных магнатов, просто в России не та экономика, чтобы АВТОВаз начал исследования в этой области. Япония и Америка, в отличие от России, уже давно исследуют этот альтернативный источник топлива и ушли далеко вперед (первый автомобиль на водороде в США появился в 1959 году)

ТЕНДЕНЦИЯ СОЗДАНИЯ ЗАПРАВОЧНЫХ ВОДОРОДНЫХ СТАНЦИЙ

Северная Америка, Канада

Пять станций построены в Британской Колумбии (западная провинция Канады) с 2005 года. Больше станций строить в Канаде не будут, проект завершился в марте 2011 года.

Соединенные Штаты

Аризона: прототип водородной заправочной станции построен по всем правилам безопасности для окружающей среды в Финиксе, чтобы доказать возможность строительства таких заправочных станций в городских районах.

Калифорния: В 2013 году губернатор Браун подписал законопроект о финансировании 20 миллионов в год в течение 10 лет на 100 станций. Комиссия по энергетике Калифорнии выделила 46,6 млн. долларов США на 28 станций, которые будут завершены в 2016 году, что наконец приблизит отметку в 100 станций в заправочной сети Калифорнии. По состоянию на август 2018 года в Калифорнии открыто 35 станций и еще 29 ожидается до 2020 года.

Гавайи открыли первую водородную станцию в Хикаме в 2009 году. В 2012 году компания Aloha Motor Company открыла водородную станцию в Гонолулу.

Массачусетс: французская компания Air Liquide завершила строительство новой водородной заправочной станции в Мэнсфилде в октябре 2018 года. Единственная водородная заправочная станция в штате Массачусетс расположенная г. Биллерика (40 243 жителей), в штаб-квартире компании Nuvera Fuel Cells, изготавливающей водородные топливные элементы.

Мичиган: В 2000 году Ford и Air Products открыли первую водородную станцию в Северной Америке в Дирборне, штат Мичиган.

Огайо: В 2007 году в кампусе Государственного университета штата Огайо в Центре автомобильных исследований открылась водородная заправочная станция. Единственная на все Огайо.

Вермонт: водородная станция построена в 2004 году в городе Берлингтон. Проект частично профинансирован через Программу водородного водоснабжения Министерства энергетики Соединенных Штатов.

Япония: В период с 2002 по 2010 год в Японии по проекту JHFC было введено несколько заправочных станций с водородом для тестирования технологий производства водорода. В конце 2012 года было установлено 17 водородных станций, в 2015 году установлено 19. Правительство рассчитывает создать до 100 водородных станций. В бюджете для этого выделено 460 млн. долларов США, что покрывает 50% расходов инвесторов. JX Energy установило 40 станций к 2015 году и еще 60 в период 2016-2018 годов. Toho Gas и Iwatani Corp установили 20 станций в 2015 году. Тойота и Air Liquide создали совместное предприятие для строительства 2 водородных станций, которые построили в 2015 году. Осака-газ построили 2 станции за 2014-2015 годы.

Южная Корея: В 2014 году, в Южной Корее введена в эксплуатацию одна водородная станция еще на 10 станций, запланированных на 2020 год.

Европа

По состоянию на 2016 год в Европе работают более 25 станций, способных заполнять 4-5 автомобилей в день.

Дания: В 2015 году в сети водородных сетей было 6 общественных станций. H2 Logic, входящая в NEL ASA, строит завод в Хернинге для выпуска 300 станций в год, каждая из которых может выдавать 200 кг водорода в день и 100 кг за 3 часа.

Финляндия: В 2016 году в Финляндии работают 2 + 1 (Voikoski, Vuosaari) общественные станции, одна из них подвижная. Станция заправляет автомобиль 5 килограммами водорода за три минуты. Завод по созданию водорода работает в г. Коккола, Финляндия.

Германия: По состоянию на сентябрь 2013 года работает 15 общедоступных водородных станций. Большинство, но не все из этих станций эксплуатируются партнерами Clean Energy Partnership (CEP). По инициативе H2 Mobility число станций в Германии должно возрасти до 400 станций в 2023 году. Цена проекта 350 миллионов евро.

Исландия: Первая коммерческая водородная станция открыта в 2003 году в рамках инициативы страны по движению в сторону "водородной экономики".

Италия: С 2015 года в Больцано открыта первая коммерческая водородная станция.

Нидерланды: Нидерланды открыли первую общественную автозаправочную станцию 3 сентября 2014 года в Роуне близ Роттердама. Станция использует водород из трубопровода из Роттердама в Бельгию.

Норвегия: В феврале 2007 года открыта первая в Норвегии водородная заправочная станция Hynor. Uno-X в партнерстве с NEL ASA планирует построить до 20 станций до 2020 года, включая станцию с производством водорода на месте из избыточной солнечной энергии.

Объединенное Королевство

В 2011 году открылась первая общественная станция в Суиндоне. В 2014 году HyTec открыл станцию London Hatton Cross. 11 марта 2015 года проект по расширению сети водородных сетей в Лондоне открыл первый супермаркет, расположенный на заправочной станции для водорода в Sensbury's Hendon.

Калифорния впереди планеты всей в области финансирования и строительства водород -заправочных станций для FCEV. По состоянию на середину 2018 года в Калифорнии было открыто 35 розничных водородных станций, а еще 22 - на разных этапах строительства или планирования. Калифорния продолжает финансировать строительства инфраструктуры, а Энергетическая комиссия имеет право выделять до 20 млн. долларов США в год до 2024 года, пока не заработает 100 станций. Для северо-восточных штатов планируют построить 12 розничных станций. Первые откроются к концу 2018 года. Некоммерческие станции в Калифорнии и станции построенные в остальных штатах США обслуживают легковые FCEV, автобусы, а также используют для исследовательских и демонстрационных целей.

Расходы на содержание водородных станций

Водородным заправкам не так-то просто заменить обширную сеть бензозаправочных станций (в 2004 году 168 000 точек в Европе и США). Замена бензиновых станций на водородные стоит полтора триллиона долларов США. При этом цена обустройства водородной топливной сети в Европе может быть в пять раз ниже чем цена заправочной сети для электромобилей. Цена одной EV - станции от 200 000 до 1 500 000 рублей. Цена водородной станции - 3 миллиона долларов. При этом, водородная сеть будет все равно дешевле сети станций для электромобилей по окупаемости. Причина в быстрой заправке водородных автомобилей (от 3 до 5 минут). На миллион автомобилей на топливных водородных элементах требуется меньше водородных станций, чем зарядных станций на миллион аккумуляторных электромобилей.

В будущем вопрос заправки водородом будет решаться для человека в зависимости от его места жительства. АЗС будут заправлять автомобили водородом, доставленным на танкерах с крупных предприятий по реформингу топлива. Поставки с таких предприятий ничем не будут уступать поставкам бензина с нефтеперегонных заводов. В перспективе, местные водородные заводы научаться извлекать пользу из местных ресурсов и из возобновляемых источников энергии.

СПОСОБЫ ДОБЫЧИ ВОДОРОДА

паровая конверсия метана и природного газа;
электролиз воды;
газификация угля;
пиролиз;
частичное окисление;
биотехнологии

Паровой риформинг метана

Способ отделения водорода путем парового метанового реформинга применим к ископаемому топливу, например, к природному газу - его нагревают и добавляют катализатор. Природный газ не возобновляемый источник энергии, но пока он есть и добывается из недр земли. Министерство энергетики утверждает, что выбросы автомобилей, работающих на реформированном водороде, вдвое меньше, чем у автомобилей, работающих на бензине. Производство реформированного водорода уже запущен на полную катушку и добывать водород таким способом дешевле, чем водород из других источников.

Газификация биомассы

Электролиз

Электролиз - процесс отделение водорода из воды при помощи электрического тока. Этот способ звучит проще, чем возня с ископаемым топливом и отходами животноводства, но у него есть недостатки. Электролиз конкурентоспособен в тех районах, где электричество дешевое (в России этом могла бы быть Иркутская область - 8 электростанций на область, 1 рубль 6 копеек за киловатт-час).

Основную часть водорода, извлекаемого в Соединенных Штатах каждый год, применяют для переработки нефти, обработки металлов, производства удобрений и переработки пищевых продуктов.

УДЕШЕВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВОДОРОДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ И ИХ РАЗВИТИЕ

Еще одно препятствие для производителей автомобилей на водородном топливе - цена водородных технологий. Например, набор топливных элементов для автомобилей до настоящего момента, опирается на платину в качестве катализатора. Если приходилось покупать колечко из платины для любимой, высокая цена на метал вам известна.

Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории доказали, что замена этого дорогого металла на более распространенные - железо или кобальт, в качестве катализатора возможна. А ученые из Case Western Reserve University разработали катализатор из углеродных нанотрубок, которые в 650 раз дешевле, чем платина. Замена платины как катализатора в топливных элементах, заметно снизит стоимость технологии водородных топливных элементов.

На этом исследования по совершенствованию водородного топливного элемента не заканчиваются. Mercedes разрабатывает технологию сжатия водорода до давления в 68.95 МПа (мегапаскаль), чтобы на борту автомобиля помещалось больше топлива, с передовым литий-ионным аккумулятором как дополнительным хранилищем энергии. "Если все получится, у автомобилей на водороде диапазон движения превысит 1000 км." считает доктор Герберт Колер, вице-президент Daimler AG.

ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С ВОДОРОДНЫМ ТОПЛИВОМ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

Начиная с 2008 года, компания Honda начала ограниченную лизинговую программу для 200 седанов FCX Clarity, которые передвигаются на водородных топливных элементах. Как итог, только 24 клиента из Южной Калифорнии, США, платили в течение трех лет ежемесячный взнос в 600 долларов. В 2011 году срок аренды закончился, и компания Honda продлила договора с этими клиентами и подключила новых к исследовательской кампании. Вот то, что компания узнала нового за время исследований:

ПОЛУЧИТ ЛИ "ВОДОРОДНАЯ" ПРОГРАММА ПОДДЕРЖКУ ПРАВИТЕЛЬСТВА?

Производители автомобилей и строители заправочных сетей сходятся во мнении, что снизить затраты в краткосрочной перспективе без вмешательства со стороны государства не выйдет. Что в США, однако, представляется маловероятным, при всех описанных денежных вливаниях местной администрации Штатов и Министерств.

С министром энергетики Стивеном Чу, администрация Обамы неоднократно пыталась сократить финансирование программы развития водородных топливных элементов, но до сих пор все эти сокращения отменял конгресс.

Недовольны и те, кто платит из своего кармана за возведение новых заправочных станций. Говорят, что не отказались бы от помощи государства до тех пор, пока не увеличится спрос на водородный вид топлива и не снизятся затраты на возобновляемые источники энергии.

Минус альтернативных источников топлива уже применяемых в автомобилях, типа растительного масла (об этом подробней тут) или природного газа, в том, что они не возобновляемы, в отличие от водородного топлива.

Несмотря на то, что про машины на водородном топливе заговорили активно только в последнее время, первый водородный автомобиль появился намного раньше, чем многие могут подумать.

В 1807 году французом, которого звали Франсуа Исаак де Риваз, была разработана повозка с клапаном, дозирующим воздух и водород. Воспламенение смеси осуществлялось с помощью вольтова столба – устройства, используемого на заре развития электротехники.

Первые топливные водородные элементы появились спустя 32 года. В 1863 году английский физик и химик Уильям Гроув, опытным путем установил, что процесс разложения воды на водород и кислород может быть обратимым, при этом он сопровождается высвобождением энергии. Им был впоследствии создан топливный элемент, а топливные ячейки, называемые Fuel Cell, стало возможным объединять, собирая батарею под требуемую мощность.

На протяжении многих лет применение водорода в автомобилях подразумевало два варианта: либо сжигание топлива в цилиндрах, либо подпитка топливных элементов. Экспериментальный водородный автомобиль, работающий на топливных элементах, был выпущен в 1966 компанией General Motors: новинка называлась GM Electrovan, и разработана была с использованием космических технологий.

Спустя 13 лет к экспериментам с применением водорода на ДВС приступила и BMW.

Последний автомобиль на водородном топливе был представлен баварским производителем в 2006 году, а спустя 10 лет компания начала сотрудничество с Toyota: результатом этой деятельности стало появление 370-ячеистого топливно-элементного генератора, устанавливаемого как на модель Mirai, выпущенного Тойотой, так и на BMW 5 Series GT (но серийный водородный автомобиль БМВ встанет на конвейер не раньше 2020 года).

Toyota же занялась разработкой транспортных средств, работающих на водороде, в 1992 году, сразу же сделав ставку на водородные топливные элементы. Первый прототип под названием EVS-13, созданный на базе RAV 4, был продемонстрирован в 1996 году: выработка водорода производилась из метана, модель оснащалась мощной батареей, помогающей генератору.

В 2001 году японский производитель выпустил сразу три кроссовера FCHV, построенных на основе Highlander, с баллонами для водородного топлива. В 2008 году модель была усовершенствована, получив морозоустойчивую 90-киловаттную силовую установку: авто оказалось способным на развитие максимальной скорости в 155 км/ч, запас хода на одной заправке увеличился до 830 км. Однако стоила такая машина порядка миллиона долларов, ввиду чего и не приобрела должного уровня популярности.

Предпринимались попытки по созданию автомобилей на топливных элементах и в России. В 1999 году группа конструкторов и инженеров АвтоВАЗа запустили проект АНТЭЛ, основной целью которого была разработка авто на топливных элементах. В 2001 году появилась первая версия авто на базе Нивы-2131.

Проект продолжал дорабатываться, и в скором времени был создан первый вариант автомобиля АНТЭЛ (разработчиками было потрачено около 30 тысяч долларов, что во много раз меньше сумм, расходуемых западными компаниями), оснащенный баллонами с кислородом и водородом. 2003 год был ознаменован выпуском АНТЭЛа второго поколения: основным отличием от машины первой генерации стало повышение безопасности транспортного средства за счёт использования всасываемого компрессором воздуха (хранение водорода и кислорода удалось разделить). К сожалению, в 2004 году финансирование проекта было прекращено.

На сегодняшний день изготовление водородных авто продолжает оставаться дорогостоящим, но ведущие мировые производители продолжают изыскивать способы по уменьшению стоимости таких машин. К примеру, правительство Южной Кореи планирует снизить цену водородных автомобилей с помощью субсидий, а также собирается значительно расширить сеть заправочных станций.

Сейчас на рынке представлены следующие серийные модели авто на водороде:

Toyota Mirai. Мощность 154 л. с., на одной заправке авто проезжаем 690 км, стоимость от 60 тысяч долларов (компания продает новинку фактически на уровне себестоимости);
Hyundai Nexo. Мощность 163 л.с., запас хода равен 800 км, цена от 60 500$;
Honda FCV. Мощность 177 л.с., дальность хода 700 км;
Hyundai ix35 FCEV. Мощность 134 л.с., расстояние которое способен проехать на одной зарядке - 594 км.

За водородной экономикой будущее, и понимающие это крупнейшие мировые компании уже сейчас прикладывают немало усилий для развития этого пока ещё считающего новаторским вида транспорта.

Автомобили на водородном топливе: виды, достоинства и недостатки

Водородное топливо является хорошей альтернативой бензину и дизелю. И многие производители задумались о выпуске авто на водороде.

Подробное описание

Исчерпаемость природных ресурсов, в частности, нефти, давно заставляет ученых ломать головы над поиском альтернативных источников энергии. Немаловажным фактором является и угроза экологической катастрофы, ведь дым и копоть, вырабатываемые бензиновыми и дизельными транспортными средствами по-настоящему отравляют окружающую среду. Именно автопромышленность на сегодня является главным источником загрязнения нашей планеты.

Сейчас наблюдается яркая тенденция в сторону отказа от использования и производства автомобилей с традиционными двигателями внутреннего сгорания. Все активнее используются гибриды и электротранспорт, но некоторые автоконцерны предлагают машины, способные работать и на альтернативных источниках энергии, например, водородные автомобили. Эксперты полагают, что именно они могут вытеснить с авторынка весь транспорт, который только существует сейчас.

Автомобиль на водородном топливе

Принцип работы водородных автомобилей

Как следует из названия, водородные автомобили в качестве источника топлива используют водород. Он взаимодействует с кислородом, вследствие чего образуется водяной пар. Из него уже выделяется энергия. Именно ее используют для электродвигателей или аккумуляторных батарей, от которых уже и происходит питание транспортного средства. Именно такой принцип используют производители, начавшие выпускать в серийное производство водородные автомобили.

Эта же технология позволяет создавать и двигатели внутреннего сгорания, которые могут работать на водороде по той же технологии, что и большинство современных машин, работающих на бензине.

Достоинства и недостатки водородных автомобилей

Как и любой источник энергии, водород имеет собственные плюсы и минусы. Однако, последних, в сравнении с привычными нефтепродуктами, гораздо меньше.

Плюсы водорода как альтернативного источника энергии

Главным достоинством транспортных средств, работающих на водороде, является отсутствие углекислого газа в качестве продукта переработки. Соответственно, такие авто не вносят свой вклад в загрязнение атмосферы и глобальное потепление.

Еще одно их достоинство — отсутствие шума при работе. Особенно это заметно в сравнении с машинами, оснащенными двигателями внутреннего сгорания.

Максимальный крутящий момент доступен с нулевой секунды запуска водородного элемента. Этого удается достичь за счет использования электродвигателя, который выдает весь свой потенциал сразу же, в отличии от бензинового или дизельного мотора, которому нужен предварительный разогрев.

Автомобиль на водородном топливе более эффективен, чем традиционные транспортные средства и даже электрокар. Сфера его использования куда шире. Так, на 1 грамм водорода выделяет в 3 раза больше энергии, чем при переработке такого же количества бензина. Соответственно, без дозаправки машина может работать несравнимо дольше, имея гораздо больший запас хода. Это же актуально и для электрокаров, которые даже менее производительны, чем бензиновые авто.

Минусы водородных автомобилей

Самый главный недостаток водородного топлива 0 сложность в его транспортировке и хранении. Чтобы обеспечить потребности автомобиля в энергии, придется сначала сжать водород в резервуаре под большим давлением. И на это нужна дополнительная энергия, а также высокопрочный резервуар, который выдержит давление в 700 бар.

К тому же, водородный двигатель для автомобиля использует не чистый водород, а водородный элемент, получение которого сопряжено с дополнительными тратами. В целом же, именно дороговизна всей системы и самого топлива ограничивает возможности для полной замены нефтепродуктов водородом.

Honda на водородном топливе

Виды водородного транспорта

Сейчас уже изобрели немало разновидностей транспортных средств, использующих в качестве топлива водород. И речь идет как о двигателях внутреннего сгорания на водороде, так и о моторах с водородными топливными элементами. Используются и газотурбинные двигатели на водороде. Встречаются машины разных типов, которые работают на смеси этого химического элемента и иных видов топлива.

Среди компаний, которые уже занялись серийным производством авто на водородном топливе, — Toyota, Honda и Hyundai. Отдельные модели есть в разработке Daimler, Audi, BMW, Ford, Nissan и ряда других крупных производителей. В ограниченном количестве ведется выпуск:

– двухтопливных легковых автомобилей BMW Hydrogen 7 и Mazda RX-8 Hydrogen RE, работающих на жидком водороде;

– электро-водородного гибридного легкового автомобиля Audi A7 h-tron quattro;

– автобуса с водородным двигателем Ford E-450;

– автобусов на водородном топливе MAN Truck & Bus.

В октябре 2019 года производитель Grove Hydrogen Automotive Co Ltd представил китайский водородный автомобиль, получивший запас хода в 1000 км. Машина будет доступна для заказа в любую точку мира уже с 2020 года, когда ее запустят в производство. И есть основания полагать, что промышленники задумаются о создании сети специализированных заправочных станций для водородных авто.

Но не только автопромом ограничивается фантазия изобретателей. В 2016 году немецкая компания Alstom представила водородный поезд, получивший название Coradia iLint. А для перелетов на максимально возможные расстояния Boeing Company занимается разработкой беспилотного самолета High Altitude Long Endurance, который снабдят двигателем HICE от Ford Motor Company.

Альтернативные источники энергии – один из лучших способов сохранить окружающую среду, загрязняемую продуктами сгорания бензина, дизтоплива и даже метана или пропана.

Водород в этом плане безопаснее. Но автомобильные концерны не спешат переходить на выпуск транспорта с водородными топливными элементами (FCEV).

FCEV – fuel cell electric vehicles – это электромобиль на топливных ячейках (элементах). В таком автомобиле используется топливный элемент вместо батареи или в сочетании с батареей или суперконденсатором для питания его бортового электродвигателя.

Для этого есть немало причин – цены, неразвитая инфраструктура, опасность производства топлива для окружающей среды.

Хотя водородные автомобили уже существуют – почти все модели только в виде концепта, и только некоторые выпускаются серийно.

Особенности заправки водородом

Работающие на водородном топливе авто заправлять сложнее, чем привычный транспорт. Заправка выполняется газом в сжатом или сжиженном состоянии.

При этом водород уменьшается в объёме почти в 850 раз, температура в жидком виде достигает –259°C, а давление газа – 350 или 700 атмосфер.

На большинстве заправок топливо продаётся в газообразном состоянии. Жидкость встречается только на 10% станций. Использующих её машин тоже немного, включая выпускавшуюся в 2007-2008 годах модель BMW HydroGen 7 и авто HydroGen3 от GM с баками для газообразного и жидкого водорода.

Время заправки водородным топливом составляет около 5 минут. Примерно столько же тратится на заполнение полного бака бензинового транспорта. Современные технологии позволяют уменьшить это время до 3 минут – быстрее, чем придётся ждать на заполнение баллона с природным газом.

Работа установок по генерации водорода

Водородные заправочные станции (ВЗС) могут быть мобильными, стационарными и домашними. Первый вид предназначен для заправки автомобилей в местах без подходящей инфраструктуры.

Стационарные заправки обычно принадлежат крупным компаниям и продают водородное топливо автомобилистам. Большая часть таких станций находится в Канаде и США, Китае, Японии и Германии.

Домашняя заправка – комплект оборудования для частного использования. Производит до 1000 кг чистого водорода в год – достаточно для ежедневной заправки 1-5 автомобилей. Газ производится методом гидролиза воды в ночное время, чтобы не создавать резких скачков напряжения в электросети.

По объёмам выпускаемой продукции стационарные станции делят на три типа:

малые, выпускающие до 20 кг водорода в сутки (хватит на заправку 5-10 автомобилей);
средние, обеспечивающие ежедневную заправку 250 легковых авто или 25 грузовых – норма выработки от 50 до 1250 кг в день;
промышленные – заправляют больше 500 авто в сутки, предоставляя от 2500 кг газа.

В конструкцию водородной заправки входит электролизёр, системы очистки и хранения водорода, компрессор (если топливо находится в газообразном состоянии) и диспенсер, обеспечивающий раздачу водорода потребителям. Причём, на малых и средних станциях газ может выпускаться как с помощью электролиза воды, так и за счёт каталитического риформинга углеводородов – процесса, проводимого при температуре около 500 градусов и давлении до 4 МПа.

Сколько будет стоить заправка для водородных авто

Рыночная стоимость водорода в Европе сейчас составляет около 9 евро за килограмм, что соответствует примерно 45 евро для полного бака автомобиля Toyota Mirai . При запасе хода в 500 км сумма получается на уровне 9 евро на 100 км. Если учитывать, что стоимость бензина на европейских заправках около 1,3-1,35 евро, потребление водородного авто примерно соответствует среднему расходу седана с бензиновым мотором 1,5-2 литра в комбинированном режиме.

С одной стороны, это не много – но только, если не сравнивать с электромобилями. При использовании электродвигателей владелец автомобиля Tesla Model S или Toyota Prius потратит около 2,5 евро на то же стокилометровое расстояние. Поэтому, пока цена на водород для автомобилей не снизилась хотя бы до 25-30 евро за полный бак, преимущество останется за электрокарами.

Есть ли будущее у водородных авто

Машины, работающие на водородном топливе, не выделяют в воздух углекислого газа, а, значит, не вредят окружающей среде и не способствуют глобальному потеплению.

Это преимущество – серьёзный повод для перехода на этот газ, но не единственный.

Есть у водородных авто и другие плюсы:

Бесшумная работа. В отличие от ДВС, водородные двигатели практически не создают шума.
Высокий крутящий момент в самом начале движения. Причина – использование в конструкции таких автомобилей только электрических моторов.
Большой рабочий диапазон. 1 грамм водорода позволяет получить втрое больше энергии по сравнению с 1 г бензина.
Быстрая заправка. Новые технологии позволяют залить бак с водородом быстрее, чем будет заряжаться любой электромобиль, и почти так же быстро, как заливается бензин.
Запас хода до 500-600 км, превышающий показатели большинства электромобилей. Конечно, с бензиновыми авто эта цифра не сравнится – но разница не такая большая. У многих работающих на бензине машин дальность поездки с полным баком не превышает 800-900 км.

Среди серьёзных минусов отмечают, что водородное топливо пока слишком дорогое по сравнению с электричеством.

Даже, если сравнивать его с бензином (цена 1 км пути почти одинакова), стоит уделить внимание высокой стоимости водородных автомобилей. Переплачивая за электрокар, можно рассчитывать на экономию в будущем – переплата за машину с водородным двигателем не окупится.

Внимание! Среди других минусов водорода стоит отметить его взрывоопасность, необходимость хранения в специальных баллонах, уменьшающих внутреннее пространство багажного отделения, и вредное влияние газа на металлические части цилиндропоршневой группы. Усиливая конструкцию автомобиля, производители сделают машины с водородными двигателями ещё дороже. Ещё один важный момент, влияющий на распространённость автомобилей FCEV – неразвитая инфраструктура заправок.

С одной стороны, причин для отказа от водородного топлива в качестве конкурирующего с электричеством варианта, достаточно.

С другой – проблему с заправками уже решают правительства разных стран – Китая, Японии, Германии.

Так, в КНР к 2030 году планируется установить больше 1000 водородных станций, число японских ВЗС превысило сотню, немецких – 50.

Интерес к развитию технологии проявили такие известные производители как VW, GM, Daimler AG и BMW. Когда заправок будет больше, водородный транспорт станет серийным, популярность FCEV может увеличиться.

Реальные водородные авто – ТОП-7 моделей

Серийного транспорта с водородными двигателями почти нет. Но в списках продукции нескольких автопроизводителей можно найти несколько машин, которые выпускались в количестве больше 1-2 выставочных экземпляров.

Цена на них не способствует повышению спроса, но у каждого авто есть свои впечатляющие особенности – от большого запаса хода до приличной динамики.

Toyota Mirai

В Калифорнии в течение 2015 года было продано 836 машин, а до конца года бренд рассчитывает увеличить общее число продаж до 30 тыс. экземпляров. Запас хода авто – до 500 км, максимальная скорость – 178 км/ч.

На автомобиле установлен фронтальный радар, а бортовая система распознаёт препятствия и автоматически включает тормоза. Ещё одна система помощи водителю контролирует полосу движения, подавая водителю сигнал при смещении в сторону.

Для управления навигацией и контроля микроклимата в салоне автомобиля установлено два сенсорных экрана.

Honda Clarity

Первые продажи автомобиля FCX Clarity ещё одного известного автоконцерна Honda были отмечены в 2016 году.

Машина способна проехать до 600 км – это максимум для такого транспорта и больше, чем у любого электрического авто в нормальном режиме езды. Притом, что заряжается водородная модель всего за 5 минут.

Купить машину можно было в конце 2000-х годов в японских и калифорнийских салонах – именно в этом штате крупнейшая в мире инфраструктура для такого транспорта.

Продажи автомобиля продолжались до 2014 года, после чего компания заявила о выходе ещё одной версии – Clarity Fuel Cell.

Заявленная стоимость модели – почти 8 миллионов иен ($72 тысячи), на 5% выше, чем у главного конкурента, модели Toyota Mirai. На одной заправке водородным топливом под давлением 700 атм. машина сможет проехать до 650-700 км.

Ford Airstream

Автомобиль Ford Airstream – разработанная в 2007 году концепция гибридного авто – с электромотором и водородными элементами.

Впервые представили её в Детройте, а базой для разработки послужила разработка HySeries Drive. Кроме водородных топливных элементов машина использует для движения Li-Ion батареи. Аккумуляторы могут заряжаться от работающего на водороде двигателя.

Работая на электричестве, машина проезжает до 40 км – это примерно 40% общей мощности АКБ. После этого включается мотор на водороде.

Максимальная скорость транспортного средства – 135 км/ч, в баке помещается до 4,5 кг водородного топлива под давлением 350 атм. Таких показателей достаточно для того чтобы проехать без заправки до 485 км пробега.

Mercedes-Benz GLC F-CELL

Компания Mercedes-Benz разработала машину GLC F-Cell , разработчики которой утверждают о возможности проехать до 50 км на электричестве и до 500 км – на водородном топливе. Бак для водорода заполняется в течение 3 минут.

Автомобиль поступил в продажу в 2017 году и стал первым серийным транспортным средством, в котором есть и водородные топливные элементы, и возможность зарядки от электрической розетки.

Покупателями только что сошедших с конвейера авто стали несколько немецких министерств, фирмы H2 Mobility и NOW, железнодорожная компания Deutsche Bahn, администрации городов Гамбург и Штутгарт.

Автомобиль имеет 211-сильный двигатель и баллоны, в которых вмещается 4,4 кг водородного топлива. Этого хватает на 430 км пробега, а ещё 51 км машина может проехать на аккумуляторе.

Водителю доступно три режима – гибридный, для оптимального распределения энергии между двумя источниками, F-Cell – для работы только с водородом и Charge, позволяющий аккумулятору заряжаться во время движения.

Предполагается, что машина будет использоваться в качестве обычного электрокара на небольших расстояниях, и как авто на водородном топливе при поездках на значительные дистанции.

Pininfarina H2 Speed

Водородный автомобиль Pininfarina создан одноимённой итальянской компанией, занимающейся разработками дизайна спорткаров.

Модель получилась близкой к гоночным – например, до 100 км/ч она разгоняется за 3,4 секунды. Максимальная скорость – 299 км/ч, запасы водорода в баке – 6,1 кг.

Транспортное средство получило систему рекуперативного торможения и контроля тяги. Стоит оно целых 2,5 миллиона долларов, поэтому отсутствие Pininfarina H2 Speed в продаже нельзя назвать серьёзной проблемой – купить бы её смогли немногие. Кроме двигателя, работающего на водороде, авто комплектуется аккумулятором на 20 А-ч и электромоторами общей мощностью 370 кВт.

BMW Hydrogen 7

Машина переключается на другой вид топлива автоматически, хотя предпочтение отдаётся именно водородным элементам. Мощность транспортного средства при работе на водороде – 228 л.с., на бензине – 260 л.с. Скорость транспорта – 229 км/ч, разгон до сотни выполняется всего за 9,5 секунд.

Hyundai Nexo

Компания Хёндэ (Hyundai) одна из первых занялась продажами серийных авто на водороде.

Хотя о массовых продажах модели Nexo говорить не приходится – она предназначена только для определённых рынков и выпускается в ограниченном количестве. Запас хода автомобиля – 600 км.

Мощность двигателя авто сравнительно небольшая – 161 лошадиная сила. Зато оно получило впечатляющий крутящий момент – 395 Н·м. Время разгона до сотни – 9,5 секунды. Цены на авто начинаются в Европе с 69000 долларов.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Читайте также: