ВНИМАНИЕ! Если Вам ПО ТЕЛЕФОНУ предложили перевести деньги на КИВИ-КОШЕЛЁК, то это означает, что к нашим номерам подключились мошенники!!! Будьте внимательны!

Машина на водороде


как работают водородные автомобили и когда они появятся на дорогах / Хабр

В Испании, где я сейчас живу, довольно много электромобилей — встречаю их практически каждый день, как на дорогах, так и на станциях для зарядки. И каждый год электрокаров становится все больше (не только в Испании, конечно). Но есть и альтернатива — автомобили на водородном топливе, которые тоже не загрязняют природу, поскольку их выхлоп — вода. Тема сегодняшней справочной — водородные машины, принцип их работы и перспективы.

Когда появились первые автомобили на водороде?


Изобрел двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, Франсуа Исаак де Ривас (François Isaac de Rivaz) в 1806 году. Водород он получал с помощью электролиза воды. Поршневой двигатель, который создал изобретатель, называют машиной де Риваса (De Rivaz engine).

Зажигание было искровым, двигатель имел шатунно-поршневую систему работы. Ну а цилиндр приводился в движение детонацией смеси водорода и кислорода электрической искрой — ее приходилось генерировать вручную в момент опускания поршня. Через два года этот же изобретатель построил уже самодвижущееся устройство с водородным двигателем.

Но более-менее широко применять водород для работы автомобильных двигателей стали много лет спустя. В 1941 году в блокадном Ленинграде автомобильные двигатели ГАЗ-АА были модифицированы инженер-лейтенантом Б. И. Шелищем. Движки управляли лебедками аэростатов заграждения (их заправляли водородом, и запасов газа в Ленинграде было много), но это были автомобильные двигатели. Кроме того, были модифицированы и несколько сотен движков в автомобилях.

Начиная с 1980-х сразу в нескольких странах, включая США, Японию, Германию, СССР и Канаду стартовало экспериментальное производство по созданию автомобилей, работающих на водороде, бензин-водородных смесях и смесях водорода с природным газом.

В 1982 году нефтеперерабатывающий завод «Квант» и завод РАФ разработали первый в мире экспериментальный водородный микроавтобус «Квант-РАФ» с комбинированной энергоустановкой на основе водородо-воздушного топливного элемента мощностью 2 кВт и никель-цинковой аккумуляторной батареи емкостью 5 кВт*ч.

На протяжении многих лет такие автомобили разрабатывали в разных странах по большей части в качестве эксперимента. После того, как концепция «зеленого» автомобиля стала популярной, автомобилями на водороде заинтересовались крупные корпорации вроде Toyota. Начиная с 2000-х, автомобильные компании стали разрабатывать концепты коммерческих авто.

А где брать водород?


Водород можно получать разными методами:
  • паровая конверсия метана и природного газа;
  • газификация угля;
  • электролиз воды;
  • пиролиз;
  • биотехнологии.

Наиболее экономичным способом производства водорода сейчас считается паровая конверсия. Так называют получение водорода из легких углеводородов (метан, пропан-бутановая фракция) с использованием парового риформинга. Риформингом называют процесс каталитической конверсии углеводородов в присутствии водяного пара. Водяной пар смешивается с метаном при высокой температуре (700–1000 Сº) и большом давлении с использованием катализатора.

При паровой конверсии водород получать дешевле, чем используя любые другие методы, включая электролиз.

Наиболее безвредный способ производства водорода — электролиз — получение водорода из воды с использованием электрического тока. Чистота выхода водорода близка к 100%. Если не считать загрязнение для получения электричества, такие установки почти безвредны для окружающей среды, поскольку в процессе работы выделяются только водород и кислород.

Еще один безопасный для окружающей среды способ получения водорода — реактор с биомассой.


Источник

Производить водород можно и на крупной фабрике, и на относительно небольшом предприятии. Чем масштабнее производство — тем ниже себестоимость газа. Но зато в первом случае увеличиваются расходы на доставку водорода к местам заправки машин.

Как работает топливная система и какие есть варианты?


Лучше всего рассмотреть принцип работы такой системы на примере серийных водородных авто Toyota Mirai. Основа — топливный элемент, электрохимическая система, преобразующая частицы водорода и кислорода в воду. Внутри такого элемента — протонпроводящая полимерная мембрана, которая разделяет анод и катод. Обычно это угольные пластины с нанесенным катализатором.

На катализаторе анода молекулярный водород теряет электроны, катионы проводятся через мембрану к катоду, а электроны отдаются во внешнюю цепь. На катализаторе катода молекулы кислорода соединяются с электроном и протоном, образуя воду. Пар или жидкость — это единственный продукт реакции.


Преимущество топливных ячеек на основе протонообменных мембран — высокая удельная мощность и относительно низкая рабочая температура. Они быстро греются и почти сразу после старта начинают производить энергию.

В Mirai используются топливные элементы с высокой удельной мощностью на единицу объема (3,2 кВт/л), максимальная их мощность 124 кВт. Произведенный топливным элементом постоянный ток преобразуется в переменный с одновременным повышением напряжения до 650 В. Электричество поступает в литий-ионный аккумулятор. Для движения машина расходует запасенную в нем энергию.

Водород в топливный элемент Mirai поступает из баллонов высокого давления (около 700 атм). Блок управления в автомобиле контролирует режим работы топливного элемента и зарядку/разрядку аккумулятора.

По данным Toyota на 100 км пути Mirai требуется до 750 граммов водорода. Владельцы Mirai говорят о примерно килограмме водорода на 100 км пути.

Такие автомобили опасны? Почему?


Поскольку водород — горючий газ, то транспортировать и хранить его нужно осторожно. Нужны высокочувствительные газоанализаторы, которые смогут дать сигнал в случае утечки. Правда, водород очень летучий газ (ведь это самый легкий химический элемент) и при попадании в атмосферу водород быстро поднимается вверх.

Сгорает он очень быстро. Дирижабль «Гинденбург» горел всего 32 секунды. Благодаря скоротечности пожара погибли далеко не все пассажиры, выжили 62 человека из 97, находившихся в гондоле дирижабля.

Тем не менее, если автомобилей на водороде станет много, то потребуются новые меры безопасности движения на дорогах. Машины с ДВС тоже опасны — в случае аварии и пробоя бака бензин или дизельное топливо вытекают на дорогу и могут воспламениться. Если будет пробит бак с водородом, газ очень быстро улетучится. Но если близко будет источник открытого огня или искр, водород может загореться.

В Mirai и других моделях водородных авто используются очень прочные баки для водорода. Toyota сделала свои баки пуленепробиваемыми, их стенки из сверхпрочного волокна выдерживают выстрелы из крупнокалиберного оружия. Для тестов компания наняла снайперов и пробить бак смогла только пуля калибром .50 после двойного попадания в одно и тоже место.

Если соблюдать меры безопасности, водородные автомобили не опаснее машин с ДВС.

Какой срок службы у топливных ячеек?


Пока что такая информация есть лишь для Mirai. Toyota заявляет, что одна ячейка гарантированно будет работать на протяжении 250 000 км. Затем, если работа ячейки ухудшается, ее можно заменить в сервисном центре.

Какие компании уже выпускают или собираются выпускать автомобили на водороде?


Водородные машины разрабатывают Honda, Toyota, Mercedes-Benz и Hyundai — у этих компаний уже есть готовые транспортные средства. Другие показывают пока лишь концепты (впрочем, рабочие) или просто красиво отрендеренные картинки. К числу первых можно отнести Audi и Ford, к числу вторых — BMW (справедливости ради нужно сказать, что в 2007 году BMW выпустила партию из 100 экспериментальных «водородных» моделей, которые так и остались экспериментом) и Lexus.

В серию запущены пока лишь Toyota Mirai и Honda Clarity. Их можно приобрести в США и Европе.

Сколько это стоит?


В настоящий момент водородные автомобили немного дороже обычных в плане эксплуатации. Так, при поездке в Европе протяженностью 480 км затраты на горючее для владельца обычной машины составят примерно $45, а вот владелец Mirai заплатит около $57. И это при том, что правительство некоторых стран субсидирует производство водорода для машин. Стоимость 1 кг водорода составляет в среднем $11.45.

Чем водородные авто лучше электромобилей?


Собственно, вопрос не совсем корректный. Дело в том, что и автомобиль на водороде, с топливной ячейкой, и «чистый» электрокар — это электромобили. Просто в одном случае машину заправляют водородом, во втором — электричеством.

Если сравнивать стоимость большинства электромобилей и Toyota Mirai, то они сравнимы, это несколько десятков тысяч долларов США. Стоимость Hyundai ix35 Fuel Cell составляет около $53 тыс., Toyota Mirai — $57 тыс., Honda Clarity — $59 тыс. Стоимость электрокаров Tesla начинается с $45 тыс. (базовая комплектация с прайсом в $35 тыс. пока доступна лишь для предзаказа). Электромобили от BMW стоят около $50 тыс.

Водородные автомобили быстро заправляются — на это уходит всего 3–5 минут, в отличие от электромобилей, где нужно от получаса до нескольких часов для подзарядки.

Основное достоинство водородного транспорта в том, что топливные ячейки служат много лет и практически не нуждаются в обслуживании. Если взять «чистый» электромобиль с его огромной батареей, то ее срок службы всего 1–1,5 тыс. циклов, то есть 3-5 лет. Причем водородный автомобиль без проблем будет работать на морозе (заводиться в том числе), а вот аккумулятор электромобиля потеряет заряд.

Какие перспективы у водородных машин и когда их можно будет увидеть на дорогах?


Водородные автомобили уже колесят по дорогам Европы и США (возможно, единичные экземпляры есть и в других регионах). Но их немного — несколько тысяч, что нельзя назвать массовым внедрением.

Проблема, которая сейчас мешает распространению водородных транспортных средств — отсутствие инфраструктуры (всего несколько лет назад аналогичная проблема была актуальной и для электромобилей). Нужны специализированные фабрики по производству водорода, транспортные системы для водорода и заправки.


Водородные АЗС в 2019 году(источник)

Кроме того, водород получается довольно дорогим, так что если электромобили покупают, в частности, для экономии на топливе, то в случае водородной машины — это не вариант. При массовом появлении фабрик по производству водорода для машин, а также сервисной инфраструктуры можно ожидать выхода гораздо большего числа транспортных средств на водороде на дороги общего пользования.

Но нет гарантии, что это вообще случится ли это или нет — пока неясно. Автопроизводители вроде Toyota активно продвигают свои машины и преимущества водорода в транспортной сфере. Но конкуренция слишком велика, как среди обычных машин с ДВС, так и среди электромобилей.

Водород Автомобили | Водород

Источник: Тойота

Наряду с электромобилями на аккумуляторных батареях, легковые автомобили на топливных элементах с водородным двигателем являются единственным альтернативным вариантом с нулевым выбросом для моторизованного частного транспорта. Первые легковые автомобили на топливных элементах были испытаны еще в 1960-х годах в качестве демонстрационных проектов. Новый импульс в разработке топливных элементов пришелся на 90-е годы. В большинстве случаев транспортные средства на топливных элементах были переделанными автомобилями, которые первоначально были оснащены двигателем внутреннего сгорания.Однако в то время ранние тестовые модели все еще были неконкурентоспособны ни в техническом, ни в экономическом отношении. Кроме того, примерно 10 лет назад прототипы бензиновых двигателей все еще испытывались на водороде в качестве альтернативной энергии и топлива с низким уровнем выбросов. Это были автомобили с модифицированными двухвалентными двигателями, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Благодаря использованию топлива двигатели внутреннего сгорания, работающие на водороде, не только достигают несколько более высокой эффективности, чем при работе на бензине, но и выделяют гораздо более низкие уровни загрязняющих веществ.
Хотя водород является чистым топливом с превосходными физико-химическими свойствами, он не смог получить признание в качестве топлива для автомобильного автомобильного транспорта. В отношении легковых автомобилей в настоящее время почти все внимание уделяется водородным топливным элементам в качестве источника энергии привода.
В настоящее время накоплен богатый практический опыт работы с прототипами легковых автомобилей на топливных элементах. Ряд крупных автопроизводителей начинают предлагать ранние серийные автомобили, которые по функциональности теперь так же хороши, как и обычные автомобили с двигателем внутреннего сгорания.Прогнозируется, что количество автомобилей на топливных элементах, произведенных в ближайшие годы, составит от нескольких сотен до тысяч единиц. Практически все легковые автомобили на топливных элементах сегодня оснащены топливными элементами PEM, как в последовательной, так и в параллельной конфигурации. Цены на автомобили среднего размера, оснащенные топливными элементами, все еще значительно выше, чем на легковые автомобили с двигателями внутреннего сгорания, - около 60 000 евро / долл. США. Ожидается, что с запуском серийного производства FCEV стоимость и цены транспортных средств существенно снизятся.
Стеки топливных элементов в последних моделях топливных элементов имеют мощность 100 кВт или более. По сравнению с электромобилями с аккумуляторной батареей они имеют большую дальность - около 400-500 километров сегодня - с меньшим весом автомобиля и значительно более коротким временем заправки - от трех до пяти минут. Они обычно несут от 4 до 7 кг водорода на борту и хранятся в напорных баках при 700 бар.

Автомобиль
Водород - Простая английская Википедия, свободная энциклопедия
В этой статье много вопросов . Пожалуйста, помогите исправить их или обсудить эти проблемы на странице обсуждения .

Водородный автомобиль - это транспортное средство, которое использует водород в качестве топлива для движущей силы. Автомобиль с водородом не обязательно должен быть автомобилем, это может быть любой транспортный автомобиль, который использует водород таким же образом, как самолет.

Водород - самый простой и распространенный элемент во вселенной. Несмотря на то, что он прост и его так много, водород не встречается в природе как газ на земле: он всегда сочетается с другими вещами. Водород обладает высокой энергией, но двигатель, который сжигает чистый водород, практически не загрязняет окружающую среду.

Преимущества водородной энергетики [изменить | изменить источник]

  • Водород поступает из воды, расщепляя его на кислород и водород, поэтому запасы практически безграничны.
  • Поскольку водород представляет собой двухатомную молекулу, продуктом сгорания является только вода. Следовательно, он не производит вредные газы, которые производят бензиновые и дизельные автомобили, такие как углекислый газ. [1] [2]
  • Сам водород не ядовит. Следовательно, в случае утечки водород безопаснее, чем любой другой газ.

Недостатки водородной энергетики [изменить | изменить источник]

  • Трудно хранить большое количество, необходимое для заправки автомобиля.
  • Водород часто берут из невозобновляемых ресурсов, таких как ископаемое топливо.

В принципе, топливные элементы - это электрохимические устройства, такие как батареи, которые напрямую и очень эффективно преобразуют химическую энергию топлива в электричество (DC) и тепло, тем самым устраняя сгорание. В отличие от батареи, топливный элемент не разряжается и не требует перезарядки. Он будет производить энергию в форме электричества и тепла, пока топливо подается.

Топливный элемент состоит из двух электродов, расположенных вокруг электролита. Кислород проходит через один электрод, а водород через другой, вырабатывая электричество, воду и тепло.Слои материалов с различными электрохимическими свойствами соединяются вместе, образуя единый гальванический элемент. В основе лежит мембрана, которая может пересекаться только заряженными молекулами. Газопроницаемые электроды, покрытые катализатором, прилипают к этой мембране, добавляя слой с обеих сторон. Электроды, в свою очередь, подключены к устройству, которое может использовать электричество. Газообразный водород течет в каналы на одной стороне ячейки и мигрирует через этот электрод, в то время как то же самое происходит с газообразным кислородом вдоль противоположного электрода.Под воздействием катализатора благоприятная химия заставляет водород окисляться в протоны водорода и отдавать свои электроны соседнему электроду, который, таким образом, становится анодом. Это накопление отрицательного заряда затем следует по пути наименьшего сопротивления через внешнюю цепь к другому электроду. Именно этот поток электронов через цепь создает электричество.

Задача для практического использования водородного автомобиля [изменить | изменить источник]

Наиболее важной проблемой, связанной с практическим использованием водородной машины, является водородный накопитель материалов.Если он использует топливный элемент, который вырабатывает электричество посредством реакции между водородом и кислородом, это не имеет значения. Однако, если метод состоит в том, что водород распыляется в двигатель внутреннего сгорания, это имеет значение. В настоящее время резервуар для хранения водорода с наибольшей вероятностью является методом с использованием гидрида металла Гидрид металла - это то, что обратимая реакция между металлом и водородом создает новую форму соединения. В настоящее время технология хранения водорода с использованием металлического соединения для хранения водорода становится практическим шагом в сторону технического, однако емкость хранения водорода на вес не соответствует потребностям пользователя, поэтому эта технология пока широко не используется.Поэтому эта проблема должна быть решена.

,

водородных барьеров: смертельный взрыв мешает большой ставке на топливный элемент в Южной Корее город Ульсан в сентябре прошлого года. Всего год спустя он думает о закрытии.

Люди участвуют в акции протеста против электростанции на водородных топливных элементах в Инчхоне, Южная Корея, 8 августа 2019 года. Снимок сделан 8 августа 2019 года. REUTERS / Jin Hyunjoo

Новая водородная станция Сена является одной из пяти в Ульсане, где проживает Hyundai. Motor Co's (005380.KS) основные заводы и примерно 1100 автомобилей на топливных элементах - большинство из любого южнокорейского города.

Правительство заплатило 3 миллиарда вон (2,5 миллиона долларов) - в шесть раз больше, чем оборудование для быстрой зарядки аккумуляторных электромобилей - и два насоса, расположенные рядом с бензиновым стендом Sung, ежедневно видят постоянный поток внедорожников Hyundai Nexo.

Несмотря на это, Суну не удалось получить прибыль, поскольку он может заправлять лишь ограниченное количество автомобилей каждый день, а также решением правительства установить розничные цены на водород на низком уровне, чтобы привлечь потребителей на борт.

«У всех водородных станций не будет иного выбора, кроме как закрыть, если правительство не субсидирует эксплуатационные расходы», - сказал 32-летний Сун агентству Reuters. «В противном случае, это место просто превратится в кусок стали в 3 миллиарда вон».

Если этих препятствий для коммерческой жизнеспособности было недостаточно, взрыв смертоносного резервуара для водорода в этом году вызвал протесты против правительства и амбициозной кампании Hyundai по продвижению топлива с нулевыми выбросами.

Называя водородную энергетику «будущим хлебом с маслом» из АзииВ целях экономии, президент Мун Чжэ-ин объявил себя послом по технологиям и к 2030 году направил 850 000 автомобилей на топливных элементах (FCV) на южнокорейских дорогах. Япония, также являющаяся крупным сторонником FCV и обладающей автомобильным рынком, который в три раза больше, планирует 800 000 в тот же период.

Проблемы строительства заправочной инфраструктуры в Южной Корее подчеркивают, что долгое и тяжелое сражение FCV сталкивается с широким распространением в то время, когда электромобили крадут большую часть внимания зеленых автомобилей.

И для правительства, и для Hyundai, единственного автопроизводителя, продающего автомобиль на топливных элементах в стране, это дорогой проект, не гарантирующий успеха.

Moon собирается потратить 1,8 миллиарда долларов в центральном правительстве на субсидирование продаж автомобилей и строительство заправочных станций в течение пяти лет до 2022 года на текущих уровнях субсидий, показывают расчеты Reuters.

Субсидии снизили цену Nexo вдвое до 35 миллионов вон (29 300 долларов США), а продажи этой модели, запущенной в марте 2018 года, в этом году выросли.Напротив, японские субсидии финансируют одну треть Toyota Mirai FCV (7203.T), в результате чего его цена составляет около 46,200 долларов.

Некоторые критики утверждают, что Hyundai является главным бенефициаром горячей поддержки правительства, но автопроизводитель также многое поставил на карту. Со своими поставщиками он планирует к 2030 году инвестировать 6,5 миллиарда долларов в исследования и разработки в области водорода.

«Существуют риски, связанные с необходимостью крупных инвестиций в строительство производственных мощностей (водородных автомобилей), обеспечение каналов поставок и создание сетей продаж», - говорится в заявлении Hyundai, направленном по электронной почте.

(ГРАФИЧЕСКИЙ: южнокорейский толчок к водородной экономике - здесь)

ВЫСОКОЕ ДАВЛЕНИЕ

В мае взорвался резервуар для хранения водорода в правительственном исследовательском проекте в сельском городе Каннын. Он разрушил комплекс размером примерно в половину футбольного поля, убив двоих и ранив шесть. Предварительное расследование показало, что взрыв был вызван искрой после попадания кислорода в резервуар.

«Одна жертва была поражена давлением, а затем убита после удара камнем», - сказал Конг Гикванг, адвокат, представляющий семью одного из двух человек, погибших в судебном процессе против исследовательского комплекса.

Месяц спустя на станции заправки водородом в Норвегии произошел взрыв. На этой неделе утечка газообразного водорода и последующий пожар на южнокорейском химическом заводе привели к ожогам трех рабочих.

Такие проблемы безопасности вызвали протесты со стороны групп жителей Южной Кореи, обеспокоенных строительством водородных установок в своих районах.

Ким Чен Хо, который начал месячную голодовку против планируемой электростанции на топливных элементах в портовом городе Инчхон за два дня до взрыва Каннына, сказал, что взрыв переориентировал внимание с рисков загрязнения от производства водорода на безопасность.С тех пор Incheon согласилась рассмотреть вопрос о влиянии станции на безопасность и окружающую среду.

Потенциальные операторы станций также получили холодные ноги после взрывов.

Город Пхёнтхэк в апреле выбрал двух операторов бензиновых заправок для запуска водородных заправок, но в течение трех месяцев оба решили уклониться, заставив город возобновить свои поиски.

«Сначала у меня был большой интерес. Но как только я внимательно посмотрел, я понял, что правительство настаивает на том, что не может приносить прибыль », - сказал один из потенциальных операторов, прося не называть его имени.

«И я не мог жить, беспокоясь о том, будет ли взрыв».

Чтобы противостоять таким опасениям, правительство проводит брифинги для жителей, в то время как Hyundai заявляет, что работает над тем, чтобы убедить потребителей в безопасности водорода с помощью информации, распространяемой через Youtube и социальные сети.

«ДОЛИНА СМЕРТИ»

Несмотря на планы правительства по строительству 114 водородных станций, что является ключом к широкому внедрению FCV, которые должны быть построены к концу 2019 года, только 29 были завершены.Трудности в получении средств от местных органов власти или предприятий, призванные помочь покрыть половину расходов, задержки в поиске мест и противодействие со стороны жителей также затрудняют усилия.

Те, кто строит станции, знают, что их ждут тяжелые испытания.

«Будет период прохождения через долину смерти», - сказал в июньской презентации Ю Чон Су, генеральный директор консорциума, которому поручено построить 100 станций, но который не ожидает зарабатывать деньги до 2025 года. ,

Консорциум, в который входит Hyundai, также призвал правительство субсидировать эксплуатационные расходы на водородные стенды. Такой шаг находится на рассмотрении, сообщил агентству Рейтер представитель министерства промышленности, отказываясь называться, поскольку план еще не завершен.

«Это только увеличит

.

Смотрите также