В настоящее время ведутся разработки и внедрение нового топлива для избавления от нефтяной зависимости. Америка ставит для себя задачу избавиться полностью от нефтяных продуктов за 10 или 15 лет. Европа тоже не намерена отставать, тем более им приходиться часто выполнять все жесткие нормы на выброс вредных веществ автомобильным транспортом. У них с 1993 года были введены такие нормы бензина, как «Евро-1», в 1996 году уже ввели «Евро-2», с 1999 года вводился стандарт «Евро-3», а уже с 2005 года был введен в Европе более жесткий стандарт «Евро-4». В недалеком будущем автомобилям будет запрещено выбрасывать вредные вещества в атмосферу, и тогда уж автомобилистам не обойтись без машины, у которой двигатель на водороде.
Главное препятствие к внедрению в быт человека автомобиля на водородном двигателе – это отсутствие необходимой системы получения водорода в промышленных объемах, а также системы хранения, заправки и транспортировки. По мнению только американских аналитиков и специалистов, такую водородную систему создадут не раньше 2020 или 2030 году. Но на переходные периоды ведущие компании автомобилестроителей предлагают «гибридные автомобили»: в которых встроенный экономичный двигатель внутреннего сгорания может подзаряжать аккумуляторную батарею, питающую потом электрический двигатель.
Немного из истории о водородных двигателях
Двигатель внутреннего сгорания был создан в 1806 году французским изобретателем Франсуа Исааком де Риваз. Его двигатель работал на водороде, который ученый производил с помощью электролиза воды. А в других экспериментальных двигателях обычно использовался светильный газ. Бензин же стали использовать в двигателях внутреннего сгорания только в 1870 году. В блокадном Ленинграде сам бензин был в недостатке, но водород имелся в огромных количествах. Борис Шелищ – военный техник, предложил тогда использовать имеющуюся водородную смесь для работы всех заградительных аэростатов. Потом на водород были переведены многие двигатели лебёдок аэростатов. Даже на этом топливе смогло работать 600 автомобилей во время блокады в городе.
Автомобили, работающие на водородном топливе.
В настоящее время автомобили, которые работают на водородном топливе, можно разделить на три группы.
Первая – это авто с самым обычным двигателем, который работает или на водородной смеси или на водороде. Такие типы машин могут работать как на чистом водороде или, к примеру, добавляют 10 % водорода к основному топливу. В таких случаях КПД у двигателя увеличивается (во втором примерно на 20 %), а выхлоп будет намного чище (содержание углеводов и угарного газа) уменьшится почти в полтора раза, а оксидов азота уменьшится почти в пять раз. Такие автомобили и двигатели к ним были сделаны как за рубежом, так и у нас примерно в 80 годах. Но учитывать следует затраты и многие конструкционные сложности, это является всего лишь промежуточным этапом на пути к третьему виду автомобилей.
Второй тип- это автомобили с двумя электроносителями, которые называются еще гибридными. Его колеса должны приводить в движение электропривод, к которому энергию доставляет аккумулятор, заряжающийся от высокоэкономичного двигателя. Этот двигатель работает на смеси водорода с бензином или просто работающий на водороде. Такой двигатель, работающий на водородной основе, намного экономичней и выгоднее, ведь КПД у электродвигателя может достигать до 90 или 95 % в сравнении с бензиновым топливом (около 35%) или, например, с дизельным (50%), следовательно, общий КПД может повыситься на 30%, при этом сразу снижается весь расход топлива. Даже для аккумулятора и его подзарядки необходим бензин, поэтому объем всех вредных выбросов укладывается в нормы «Евро-4» примерно с десятикратным запасом. Но получить полностью чистый выхлоп можно только третьим видом автомобилей с водородным двигателем.
Третий вид – это уже реальный водородный автомобиль. В нем встроен электродвигатель, который питается от основного топливного элемента, он расположен на борту автомобиля. В теории КПД этого элемента, который работает на особой смеси воздух – водород, может стать в 85 %. Даже не сегодняшний день удалось создать двигатели с КПД, превышающие 75% — это уже вдвое выше, чем в самых лучших двигателях внутреннего сгорания. В городских условиях такие автомобили получают огромное преимущество перед автомобилями, работающими на бензине.
Водород в составе топлива
На сегодняшний день производство дешевого водорода очень далеко от совершенства. Но многие крупные предприятия химической промышленности получают более 500 млрд. м3 водорода в год. Почти половина этого количества топлива идет на аммиачные удобрения, а также на такие нужды, как производство стали, маргарина и стекла. В основном получают водород путем парового рифоминга природного газа: например, метан при очень высоких температурах (около 900°С) в составе никелевого катализатора начинает реагировать с паром. В настоящее время такой водород остается самым дешевым, но российские ученые нашли способ сделать дешевле производство в 2 раза.
Есть и многие другие способы получения водорода. К примеру, электролиз, крекинг или переработка любой биомассы (такие как древесина и солома). Но любой из приведенных вариантов имеют недостатки.
Самый простой способ получения водорода – это электролиз. Но для выработки водорода таким образом, следует затратить 4 кВт электроэнергии, чтобы выработать около 1 м3 водорода, который, после того как сгорит, даст лишь 1, 8 кВт. Но электролиз все-таки эффективней и перспективней в настоящее время. Сейчас биологи разрабатывают новое направление в технологии выработки водорода. Некоторые бактерии и водоросли во время процесса фотосинтеза могут разлагать воду и выделять водород. Но проблема состоит в том, что они делают это в отсутствии кислорода и за краткий период.
В общем, двигатель, работающий на водороде, уже готов, осталось только сделать дешевле сам водород.
portalvaz.ru
Первый двигатель внутреннего сгорания работал на светильном газе.
Предсказания о том, что запасы нефти скоро иссякнут, и начнется энергетический голод, заставили искать новые, альтернативные источники энергии.
В конце 70-ых годов уже прошлого века одним исследователи развитых нефтепоглащающих стран пришли к выводу, что заменителем нефти и ее производных станет водород. Работы по созданию двигателей, работающих на водородном топливе, велись в США, Германии, Японии и конечно в СССР.Ученые Ленинградского Политехнического института, Начали исследования по возможности создания автомобиля, двигатель которого работает на водороде.
Об этих работах рассказал непосредственный разработчик водородного автомобиля, ныне заведующий кафедрой Двигателей внутреннего сгорания Петербургского политехнического университета кандидат технических наук Юрий Галышев.
«Эта заманчивая идея — залить в топливный бак воду и поехать уже была воплощена в жизнь, строителями паровозов и пароходов. Нашей задачей являлось использовать готовый двигатель внутреннего сгорания и «ТОЛЬКО» заменить топливо.
Процесс получения бензина из нефти давно освоен, а наиболее экономичный и безопасный способ выделения водорода из воды нам предстояло разработать.
В нашем распоряжении был микроавтобус УАЗ с бензиновым двигателем. Именно эту машину мы и должны были пустить на водороде.Для начала необходимо было решить проблему с размещением газа в автомобиле.Хранить водород возможно тремя традиционными способами — в сжатом, сжиженном, и связаном видах. Для хранения сжатого газа требуются прочные баллоны, для сжиженного и связанного -специальные баки. Связанная форма представляет собой порошок, выделяющий газ при нагревании.
Мы решили нарушить традицию и получать газ прямо на борту автомобиля. Реактор по разложению воды и получению водорода представлял собой довольно сложную конструкцию, но имел и некоторые преимущества перед балонами. Автомобиль становился совершенно независимым от зарядных станций. Для заправки машины требовалась только вода, причем самая обыкновенная. В реактор заливалась обыкновенная вода, и засыпался магний. В результате реакции получался водород и водяной пар.
Такая смесь и поступала в двигатель нашего микроавтобуса. в качестве добавки к бензину. Негорючая смесь водорода с водяным паром делала всю работу машины абсолютно безопасной.
Конструкция реактора была довольно сложной, но абсолютно безопасной. Повышенного давления в устройстве не создавалось, полученный водород сразу из реактора поступал в двигатель, не накапливаясь в дополнительных баках. Наш автомобиль получил возможность работать на бензине, чистом водороде и на смеси водорода с бензином. На различных режимах работы двигателя состав смеси изменялся от чистого водорода на холостом ходу до незначительной добавки водорода на режимах максимальной мощности. На таких режимах добавка водорода составляла примерно 3% от расхода бензина и давала значительное уменьшение потребления топлива. Токсичность выхлопного газа на режимах частичных нагрузок и на холостом ходу снижалась в десять раз.
Оказалось, что чем больше водорода поступает в двигатель, тем значительнее улучшается его работа. Двигатель хорошо работал на значительно обедненной смеси.
Одновременно с водородом получался и водяной пар, который уменьшал выделение окислов азота. Водородная добавка значительно увеличивало пробег машины, так же вырос коэффициент полезного действия двигателя примерно на 5—7%, на частичных нагрузках увеличение КПД доходило до 20%.Токсичность по показаниям СН и СО уменьшилась в десять раз. Выход окислов азота также снизился примерно в два раза.
Исследования показали, что для работы на водороде годится любой бензиновый или дизельный двигатель. Для монтажа всей конструкции, вес которой достигал ста килограммов, вместе с запасом воды и магния, на машине были проведены минимальные изменения, по трудоемкости сравнимые с установкой обычного газового оборудования.
Итогом нашей работы стала конструкция оборудования для работы двигателя на чистом водороде или с его добавками. К сожалению дальнейших исследований, у нас не проводилось.
В Германии, США и Японии работы не прекращаются и сейчас, там довольно большой парк экспериментальных водородных автомобилей.
Необходимые затраты для получения сжиженного водорода довольно быстро окупаются при больших пробегах автомобиля. Для поездок на малые расстояния могут быть более выгодны установки с гидридным способом хранения водорода — в порошке. Порошок подогревается отработавшими газами, и водород переходит в газообразное состояние.
За эти 15 лет технологии сделали определенный шаг вперед по водородной тематике.
Сейчас компания Дженерал Моторс разработала автомобиль, работающий на водородном топливе. Его эффективность в четыре раза превышает обычные машины, использующие бензин. Экономия топлива в этой машине эквивалентна потреблению бензина 3 литра на 100 км. По внешнему виду машина не отличается от традиционных моделей. Топливный бак придется заполнять через каждые 800 км. До скорости 90км\ час машине понадобится 9 секунд.Через два года в Канаде будет построен завод по выпуску таких машин, планируется, что в год будет выпускаться 350 тысяч автомобилей.Специалисты Мюнхенского Технического университета перевели на чистый водород некоторые модели ВМВ.
Сжиженный водород хранится на автомобиле в криогенном баке.Построена водородная заправка. Особенностью этой машины является вспрыск чистого водорода под давлением в 300 атмосфер прямо в цилиндр двигателя.Водород планируют возить кораблями из Канады.
В Германии «мелкосерийно» производится автомобиль ВМW-750НL, двигатель которого питается не бензином, а сжатым водородом. Таким образом, ВМW стала первой в мире компанией, выпускающей легковые автомобили с водородными двигателями.
Исследования и находки зарубежных коллег вызывают определенную ностальгию у наших ученых. Вполне возможно, что и автомобиль с усовершенствованным водородным генератором приедет к нам из за океана.
Вместе с именами создателей отечественной техники хочется узнать и тех, кто по близорукости, а может быть, и по злому умыслу остановил работы Российских ученых.
Олег Видов
www.auto-piter.net
Автомобиль с водородным двигателем Honda FCX Clarity, представленный на Лос-Анджелесском автосалоне, появится на американском рынке летом 2008 года. Правда, сообщили в Honda America, пока речь идет лишь об ограниченной партии, которая будет отдана в лизинг сроком на три года. Обслуживание и ремонт FCX Clarity будет осуществлять дилерская сеть Honda.
Экологически чистый седан был значительно доработан по сравнению с нынешним поколением FCX. Новый аккумуляторный отсек занимает на 50% меньше места, чем раньше, и стал на 40% легче. Теперь размеры силовой установки вполне сравнимы с обычным гибридом. Запас хода на одной заправке водородом у FCX Clarity составляет более 430 километров. Официальная страница автомобиля.
Водород - самое экологически чистое топливо. Продуктом горения водорода является вода, что видно из простого уравнения этой химической реакции 2h3 +O2=2h3O.
Электролиз (получение водорода из воды путем пропускания через неё мощной электрической искры) на сегодняшний день является единственно возможным способом получения водорода. Остальные либо пока технически невозможны, либо ещё дороже, чем и без того дорогой электролиз. Для получения очень малого количества водорода путем электролиза требуется огромное количество электрической энергии, что делает водород слишком дорогим.
Возможно, в будущем, лет через десять-пятнадцать в Европе уже во всю будут разъезжать "водородные" автомобили. Вот добиться бы ещё и низкой стоимости этого топлива. До России эта волна, скорее всего, дойдет много лет спустя. Отечественные производители не могут обеспечить свои автомобили двигателями, которые отвечали бы нормам ЕВРО-3, а в Европе уже принимаются ЕВРО-4. Поэтому до двигателей, работающих на водороде, нам ещё очень далеко.
Источники: www.autonews.ru, domkrat59.narod.ru, reviews.cnet.com
Всё ещё мечтаете о таком автомобиле? А о путешествии? Посетив сайт туристической компании "Весь Мир" (http://vm-bsky.ru/), можно найти место для своего отдыха в любом уголке планетыgreenword.ru
