Свой вариант водородного двигателя предложил концерн Suzuki совместно с британской компанией Intelligent Energy. Презентация двигателя была осуществлена в условиях автомобильного конгресса в Японии, где автомобильные инженеры объединили свои усилия для развития данной технологической отрасли.
Агрегат получил название Gen4. Варианты использования двигателя предполагают установку на двухколесный легкий транспорт (в качестве основного устройства), на небольшие (компактные) автомобили, либо на обычные автомобили в качестве дополнительного источника энергии или нестандартной силовой установки.
В экологическом отношении водородные двигатели являются наиболее чистыми и эффективными. Принцип работы такого двигателя прост: в процессе химической реакции между водородом и кислородом выделяется энергия, а побочным продуктом реакции является вода. Выработанная энергия питает электродвигатель, а он, в свою очередь, дает автомобилю или мотоциклу возможность двигаться.
Из уже существующих водородных двигателей можно назвать FCX Clarity, который производит фирма «Хонда». Мощность FCX Clarity составляет 134 лошадиных силы. Еще один производитель водородных двигателей — компания «Тойота», анонсировавшая аналогичный двигатель, но несколько более мощный — 136 лошадиных сил.
Новая разработка может стать хорошим вариантом для производителей автомобилей — это готовое решение для выпускаемой продукции, проверенное и протестированное. Использование Gen4 позволяет сократить время и средства на разработку своего варианта двигателя. Таким образом, новые модели автомобилей могут сразу поступать на рынок.
Для изготовления водородных двигателей Gen4 уже разработана особая производственная линия. В планах производителя — скорый запуск Gen4 в серийное производство.
ecology-of.ru
Наверное, каждый человек на нашей планете знает, что нефть скоро закончиться, ее запасы исчерпаемые. Скорее всего, в ближайшее время на Земле будет дефицит черного золота. На сегодняшний день мы наблюдаем за тем, что цены на бензин стремительно растут. Это очень стимулирует всех ученых к развитию альтернативных источников топлива, которые будут возобновляемыми. Сюда очень хорошо подходит водородный двигатель, потому что топливом этого «агрегата» является водород. В 1950-е годы появилась мысль использовать водород вместо топлива. Ведь оно считалось, и до сих пор считается недорогим, эффективным и экологическим топливом.
Стоимость водорода колебаться от 62 до 155 рублей за 1 килограмм. Согласитесь, ведь это намного дешевле. Сейчас разработка водородного двигателя считается очень перспективным занятием. Это из-за того, что наше человечество не будет переживать о том, что какие-то исчерпаемые ресурсы исчезнут. К тому же такой двигатель не будет народить вред окружающей среде, потому что отходами являются тепло и вода.
Принципы работы водородного двигателя:
Водородные двигатели мы можем разделить на 2 типа, в зависимости от как он работает.
Такие двигатели очень похожи на двигатели на пропане (сейчас они стали очень популярными). У них приблизительно одинаковые принципы работы, поэтому перейти с пропана на водород не составит огромного труда. Достаточно будет перенастроить двигатель. На данный момент есть огромное количество подобных образцов, но КПД у них ниже, нежели у топливных элементов.
Такие водородные двигатели очень дорогие. Это из-за того, что в их конструкции имеется содержание редких и дорогих металлов: платина и палладий. Принцип работы двигателя состоит в том, что расщепляется водород, в результате физико-химических реакций, и вырабатывается электроэнергия.
На данный момент нельзя сказать, какой из этих вариантов водородного двигателя будет являться самым технически перспективным и экономическим, время покажет, ведь ученые не прекращают исследований в этой области. Надеемся, что скоро узнаем ответ.
miscom.info
ВОДОРОДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ План 1. Немного техники. 2. Водород как топливо. 3. Вместо топливного бака. 4. Топливный элемент. 1. НЕМНОГО ТЕХНИКИ ‘Америка поставила себе задачу: в ближайшие 10—15 лет избавиться от нефтяной зависимости. Единственный выход — как можно скорее запустить в серийное производство водо- родный автомобиль. Европа боится отстать, кроме того, евро- пейцам приходится выполнять принятые у них нормы на вы- брое вредных веществ автотранспортом, которые все время ужесточаются. В 1993 году были введены нормы «Евро^1>, в 1996 году – «Евро-2», в 1999 году – чЕвро-3», а с 2005 года в Европе планируется ввести в действие еще более жесткие нормы «Евро-4». В перспективе автомобилям совсем запре- тят выбрасывать вредные вещества, и тогда нельзя будет обой- тись без машины, работающей на водороде. Главное препятствие к внедрению водородного автомо- биля — отсутствие системы промышленного получения водо- рода в нужных объемах, систем его хранения, транспортировки и заправки автомобилей. По мнению американских специалис- тов, такую систему удастся создать не раньше 2020^-2030 гг. На переходный период ведущие автомобилестроители пред- ложат так называемые «гибридные автомобили»-: в них эконо- мичный двигатель внутреннего сгорания подзаряжает акку^ муляторную батарею, которая питает электрический двига- тель. Такие автомобили разрабатываются практически всеми ведущими автомобильными компаниями И уже серийно вы-. пускаются в Японии. Классическая схема: двигатель внутреннего сгорания при- водит в движение колеса через механический привод. Нас.окру- жают тысячи автомобилей, но мало кому приходит в голову, что их эффективность катастрофически мала. Если взять так называемые «условия городского цикла движения», то об- щий коэффициент полезного действия (КПД) автомобиля — 10—12 % (за городом, где меньше светофоров, 15—17 %). Де- вять литров бензина из десяти попросту улетают в атмосферу. Автомобили на водородном топливе условно можно раз- делить на три класса. Первый — это машины с обычным двигателем внутрен- него сгорания, работающим на водороде или водородной сме- си. Такие модели могут работать на чистом водороде или 5— 10% водорода добавляют к основному топливу. В обоих слу- чаях КПД двигателя увеличивается (во втором случае при- мерно на 20%) и выхлоп становится гораздо чище (содержа- ние угарного газа (СО) и углеводородов (С„Нт) уменьшится в полтора раза, оксидов азота (NOX) — до пяти раз. Такие двигатели и автомобили были сделаны и прошли все испыта- ния у нас и за рубежом примерно в 70—80-х годах. Однако, учитывая затраты и конструкционные сложности, это может быть только промежуточным, переходным этапом на пути к третьему типу. Второй — это машины с двумя электроносителями, так называемые гибридные. Его колеса приводят в движение элект- ропривод, энергию которому поставляет аккумулятор, в свою очередь заряжающийся от высокоэкономичного двигателя внутреннего сгорания, работающего на водороде или смеси водорода с бензином. Это очень выгодно, ведь КПД электро- двигателя достигает 90—95 % в отличие от бензинового (35 %) или дизельного (50 %), таким образом, общий КПД повыша- ется до 30 %’, соответственно снижается расход топлива. Даже если для подзарядки аккумулятора используется бензин, объем вредных выбросов позволит уложиться в нормы «Евро-4» с десятикратным запасом. И все же получить совершенно чис- тый выхлоп можно только у третьего типа автомобилей. Третий — настоящий водородный автомобиль — это ма- шина с электродвигателем, который питается от топливного элемента, расположенного на борту автомобиля. Теоретиче- ски КПД топливного элемента, работающего на смеси водо- род—воздух, может быть больше 85 %. Сейчас уже удалось получить двигатели с КПД около 75 % — это более чем в два раза выше, чем в.лучших двигателяхчвнутреннего сгорания. В условиях города такие машины получат пяти—шестикратное преимущество перед обычными автомобилями. 2. ВОДОРОД КАК ТОПЛИВО Существующие на сегодняшний день технологии произ- водства водорода далеки от совершенства. Несмотря на это, гиганты химической промышленности и сегодня уже получают по 500 млрд. м3 водорода в год. По- ловина производимого количества идет на аммиачные удоб- Водородный двигатель рения, остальное — на производство стали, стекла, маргарина и пр. В основном водород получают с помощью парового риформинга природного газа: метан при высоких температу- рах (900°С) в присутствии никелевого катализатора реаги- рует с паром. Пока что такой водород самый дешевый, одна- ко российские ученые знают, как удешевить производство еще в 2 раза. Есть и другие технологии получения водорода, напри- мер электролиз, крекинг или переработка биомассы (древеси- ны, соломы). Каждый из этих вариантов имеет свои недостат- ки. Например, переработка биомассы: ее нагревают на 500— 600°С, после чего получаются спирты (этанол, метанол), кото- рые, в свою очередь, превращаются в водород. Можно на- греть биомассу до более высоких температур (1000°С), тогда она полностью превратится в газ и получится смесь Н2 и СО. Проблема в том, что сырья для такого процесса понадобится очень и очень мього. Если, например, всю плодородную тер- риторию Франции пустить на выращивание биомассы, то во- дорода, полученного из нее, не хватит даже на то, чтобы по- крыть потребности этой страны в топливе даже для ныне су- ществующих автомобилей. Казалось бы, самый простой способ получения водо- рода — электролиз (электрическое расщепление воды). Ре- зультат — водород и кислород. Но в целом эффективность этого процесса не очень велика: надо затратить 4 кВт элек- троэнергии, чтобы получить 1 м3 водорода, который, сго- рая, даст лишь 1,8 кВт. Тем не менее, электролиз воды до- вольно перспективен и ему наверняка найдут применение, тем более, что существуют выходы из «энергетической про- блемы». Во-первых, можно использовать энергию атомной электростанции в часы слабой нагрузки (когда вырабаты- вающаяся там энергия оказывается невостребованной) или, в конце концов, возобновляемые источники энергии (сол- нечные батареи, энергия ветра, приливы и пр.). Во-вторых, эта технология активно развивается: электролиз для боль- шей эффективности можно проводить при повышенном дав- лением или температуре, что и пытаются сделать ученые. Сейчас биологи активно разрабатывают еще одно направ- ление. Некоторые бактерии и водоросли в процессе фотосин- теза разлагают воду и выделяют водород. Проблема в том, что они делают это только в отсутствии кислорода, следова- тельно, процесс длится очень короткое время, так как при раз- ложении воды, естественно, образуется и кислород. Задача ученых — с помощью генной инженерии продлить этот пери- од, тогда солнечные районы нашей планеты будут обеспечены водородом. 3. ВМЕСТО ТОПЛИВНОГО БАКА Общая схема водородного двигателя понятна: электро- двигатель, топливный элемент, водород для его работы. Про- блема заключается в том, что нужен некий аналог топливного бака, а ведь водород в топливный бак не нальешь. Это на сегодняшний день самая большая техническая трудность. Ученые рассматривают довольно много вариантов. На- пример, можно хранить водород в аккумуляторах на основе гидридов интерметаллических сплавов (TiVaFe, CuNi и др.), из которых по мере надобности постепенно высвобождается чистое вещество. Но при этом варианте масса водорода в общем объеме вещества (т. н. аспектное число) составляет всего 5 %, к тому же возникает проблема со скоростью выс- во-бождения водорода. Можно хранить водород в жидком виде. Но, во-первых, это требует охлаждения до температур, близких к абсолютному нулю (соответственно, вырастает стоимость водорода), а во-вторых, заправленный таким об- разом автомобиль должен будет расходовать свое топливо как можно быстрее. Очень перспективное направление — хранение водорода в наноструктурах (углеродных нанотруб- ках), однако эти исследования находятся пока на начальных стадиях. Наиболее перспективным ученые считают хранение во- дорода в баллонах высокого давления — более 350 атм (ас- пектное число до 18 % при давлении выше 500 атм) или полу- чение его прямо на борту из другого топлива (метанола или жидких углеводородов: бензина, дизельного топлива и пр.), в специальных каталитических реакторах (аспектное число око- ло 10 %). Такие системы разработаны и российскими учеными и при разумных габаритах обеспечивают запас водорода для пробега в несколько сотен километров. Конструкторы сталкиваются также и с другими пробле- мами. Так, машина (прежде всего кабина) должна иметь систе- му водородной безопасности. 4. ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Топливный элемент, работающий на водороде, — одна из ключевых деталей в новом автомобиле. Топливный элемент (иначе — электрохимический генератор) — это устройство для преобразования химической энергии в электрическую. То же происходит и в обычных электрических аккумуляторах, но в топливных элементах есть два важных отличия: — они работают до тех пор, пока поступает топливо; — топливный элемент не нужно перезаряжать. Топливный элемент состоит из многих десятков яче- ек, каждая примерно в сантиметр толщиной. Каждая ячейка состоит из двух электродов, разделенных электролитом. На один электрод (анод) подводится топливо (водород), на другой (катод) — окислитель (кислород воздуха). Водо- род здесь не сгорает, химическая реакция окисления проис- ходит при низкой температуре в присутствии катализатора. Смысл устройства в том, чтобы, используя эту реакцию, разделить положительный и отрицательный заряды в про- странстве и создать между ними напряжение. Поэтому элек- тролит, заполняющий пространство между электродами, должен обладать способностью пропускать через себя про- тоны (т. е. ионы водорода) и не пропускать электроны. На аноде водород распадается на электроны и протоны, далее протоны проходят через слой электролита, достигают като- да и, соединяясь с кислородом, образуют воду. Однако в вопросах получения качественного и недорогого электро: лита наука пока что испытывает огромные трудности. По- лимерный электролит американской фирмы «Дюпон» стоит около 700 евро за м2, а на батарею для среднего автомобиля нужно десятки квадратных метров такого материала. По- нятно, что при такой стоимости электролита невозможно наладить серийный выпуск водородных автомобилей. Уче- ными всего мира ведутся интенсивные исследования с це- лью удешевления этого материала и использования его при более высоких температурах (150—200°С). В общем, топливный элемент на водороде вполне готов к применению. Дело за малым: сделать его. компактнее и де- шевле.
kursak.net
Cтраница 1
Водородный двигатель легче запускается, летучесть водорода в сочетании с его воспламеняемостью делают его незаменимым горючим в условиях полярного холода. Реализация любой схемы использования водорода в двигателях внутреннего сгорания зависит от создания экономичной, гибкой в использовании системы хранения водорода. [2]
Водородный двигатель может быть легко запущен при любых температурах наружной среды. [3]
Состав отработавших газов водородного двигателя существенно отличается от состава газов бензинового двигателя внутреннего сгорания в основном за счет отсутствия углерода в топливе. Максимальный выброс оксидов азота вследствие более высоких температур сгорания водорода примерно вдвое превышает выбросы NO бензиновым двигателем. С обеднением смеси выбросы оксидов азота у водородного двигателя быстро снижаются и при сс1 8 практически отсутствуют. [4]
Независимо от способа смесеобразования работа водородного двигателя на топливовоздуш-ных смесях состава, близкого к стехиометрическому, характеризуется высокой жесткостью рабочего процесса. Как известно, жесткость рабочего процесса определяется скоростью на-растания давления в процессе сгорания. В ряде работ [53, 77] скорость нарастания давления в водородном двигателе оценивается величиной около 5000 МПа с - 1 при максимальных давлениях 6 0 - 9 0 МПа. Большие значения относятся к двигателям с внутренним смесеобразованием. [5]
Подобная трактовка жесткости рабочего процесса водородного двигателя имеет место в ряде работ [16, 24, 60, 70], однако в работе [60] допущен методический просчет при оценке рабоче-го процесса двигателя с искровым зажиганием на водороде, заключающийся в том, что угол опережения зажигания оставался постоянным ( 34 до ВМТ) при всех исследованных значениях коэффициента избытка воздуха. [6]
Керим считает, что работа водородного двигателя при а 1 невозможна, в то же время большинство авторов [60, 69, 85] едины в том, что при степени сжатия менее 8 опасность детонации мала. Однако это не значит, что такой проблемы в случае применения водорода нет, она сеть и, вероятно, будет более серьезной, чем в случае работы на бензине. [8]
Максимальное давление конца сгорания в водородном двигателе по причинам, указанным выше, должно быть более высоким, чем в бензиновом двигателе. При внешнем смесеобразовании это увеличение незначительно - примерно 10 - 15 %, что не оказывает существенного влияния на условия работы деталей кривошипно-шатунного механизма и цилиндропоршне-вой группы. При внутреннем смесеобразовании максимальное давление может достигать величин, характерных для дизелей с непосредственным впрыском. Для легких двигателей эти величины неприемлемы, и поэтому необходимо ограничивать как скорость нарастания давления, так и максимальное давление. [9]
Значительно более высокая скорость нарастания давления в водородном двигателе по сравнению с бензиновым, для которого она не превышает 1000 МПа с-1, возможна вследствие высокой скорости сгорания водородовоздушной смеси состава, близкого к стехиометрическому, что приближает реальный процесс сгорания в двигателе к процессу подвода тепла при постоянном объеме в теоретическом цикле. Средняя скорость распространения фронта пламени в камере сгорания водородного двигателя вблизи смеси стехиометрического состава может достигать 100 - 120 м с-1. В табл. 4 приведены время периода видимого сгорания т, измеренное по индикаторным диаграммам, и соответствующие ему средние скорости сгорания со для водородовоздушных смесей различного состава. [10]
Этот факт в сочетании с тем, что водородные двигатели работают фактически без загрязняющих выхлопов, делает систему аккумулирования с использованием металлических гидридов особенно привлекательной для применения в будущем. Безусловно, исследования в этой области будут продолжаться. [12]
Наряду с указанным определенное положительное влияние на КПД водородного двигателя может оказать меньшая теплоотдача в стенки камеры сгорания вследствие более низкой из-лучательной способности водородного пламени по сравнению с углеводородным. [13]
Представляют интерес проводимые исследования по созданию не выделяющего вредных веществ водородного двигателя для автомобилей, в частности с размещаемым на его шасси химическим реактором, в котором вырабатывается водород из углеводородов. [14]
В настоящее время во многих странах проводят работы по созданию водородного двигателя для автомобильного транспорта. [15]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
Уже мало кто будет отрицать перспективу использовать водород, как топливо для автомобилей, хотя бы как топливо переходного периода. Ведь водород, во-первых является абсолютно экологически чистым топливом, а во-вторых его запасы практически неограничены, неисчерпаемы и возобновляемы. То есть водород можно добывать в любом месте, где есть мощные источники энергии. Многие из наших читателей безусловно будут нам возражать, говоря о том, что водород и водородное топливо, это совсем не то, к чему нужно стремиться. Отчасти согласимся с этим утверждением. Действительно, водород, это не совсем то топливо на котором хотелось бы видеть автомобили будущего. Но с другой стороны, при всем при этом, это очень большой шаг вперед и вполне достойная замена нынешнему бензину и тем более дизельному топливу. Но переход на водород задерживает прежде всего информационная подоплека. Ведь в учебниках и с экранов телевизоров, нам постоянно твердят, что водород, является взрывоопасным веществом, а главное для работы на водороде нужны специальные двигатели, которые нужно очень долго придумывать, испытывать и т.д. Мы не будем списывать все эти суждения на всемирные заговоры, так как большинство подобных рассуждений может быть связано с обычным невежеством, что в данном случае вполне простительно, так как найти достоверную информацию по этому поводу очень тяжело.
Поэтому нелишним будет повторить, что положительные опыты запуска обычных двигателей внутреннего сгорания без всяких переделок, были успешно проведены еще во время второй мировой войны, при защите Ленинграда.
Но одно дело, если это кто-то и где-то сделал, а другое дело это увидеть собственными глазами и иметь повторяемую и простую методику запуска обычных двигателей внутреннего сгорания на водороде без всякой переделки и доработки ДВС или, по крайней мере, с минимальными доработками двигателя. С удовольствием делимся с Вами положительным опытом запуска совершенно обычного двигателя внутреннего сгорания на таком же совершенно обычном промышленном водороде!
Ну вот видите!? Все можно проверить самостоятельно, без дорогущей лаборатории, миллионного финансирования и прочих «мешающих» факторов!
Ну а теперь давайте попробуем вместе ответить на следующие вопросы:
— Расход водорода по сравнению с бензином, как обстоят дела на практике?
— Негативные моменты использования водорода вместо топлива, есть ли такие?
— Оптимизация двигателя внутреннего сгорания для работы на водороде.
Мы будем очень рады услышать и тем более увидеть Ваши комментарии и видео. Но так как данная статья опубликована в разделе практика, то и комментарии и видео, мы ждем практически полезные, подтвержденные личным опытом, а не просто теоретические предположения.
zaryad.com
Называть ленивый переход автомобильных двигателей на альтернативные источники энергии, мягко говоря, некорректно. Но тенденция уже намечена. Сначала стандарт Евро1 в 90-х годах прошлого века, потом все плотнее сужающиеся рамки допустимых выбросов в атмосферу. По большому счету, только очень богатые автомобильные производители пока предлагают альтернативу бензину и солярке. А начиналось все совсем не так.
Содержание:
Поскольку речь пойдет сегодня о том, как использовать водородные двигатели на авто, о перспективах их появления на конвейерах автозаводов в принципе, то просто нельзя не вспомнить о том, что такой двигатель появился на 75 лет раньше бензинового силового агрегата. Это было 1806 году, а само изобретение приписывают франко-швейцарскому изобретателю де Ривазу. Как известно, бензиновый двигатель был изобретен только к концу 19 века.
Водородный двигатель призван решить не только экономическую проблему постоянного подорожания нефтепродуктов. В конце концов, нефть когда-то закончится и в тот момент будет поздно думать о ее альтернативе. С другой стороны, ученые ищут замену обычному топливу для автомобильных двигателей в буквальном смысле, чтобы спасти цивилизацию. Атмосфера планеты уже перенасыщена оксидами азота, оксидами серы, углекислым газом. А с ростом количества частного автомобильного транспорта даже в развивающихся странах, ситуация с экологическими показателями атмосферы планеты близка к критической.
Сегодня явно очерчено два направления, в которых работают конструкторы водородомобилей.
Оба эти направления считаются перспективными и уже можно говорить о более-менее результативных экспериментах в этой области.
К примеру, автомобиль Toyota Mirai работает по принципу гибридного автомобиля. Единственный вид используемой энергии — электричество. Но при этом электродвигатель питается как от никель-металлгидридной батареи, так и от водородного топливного элемента, так называемого электрохимического генератора.
Принцип работы водородомобиля не слишком сложен. Вот схематическое изображение устройства и принципа действия водородного агрегата.
Принцип работы водородного генератора также несложен. Он основан на химической реакции водорода и кислорода, в результате молекулярного взаимодействия которых вырабатывается электрическая энергия. Выше мы разместили наглядную схему, показывающую, как работает водородный топливный элемент.
Еще одно направление, по которому идут изобретатели и конструкторы — применение ДВС, который смог бы работать на смеси водорода и кислорода. Таких наработок существует больше. К примеру, Мазда, Форд, БМВ и МАН уже несколько лет совершенствуют конструкции водородомобилей. За основу они взяли не обычный поршневой двигатель внутреннего сгорания, а роторный. Это объясняется тем, что выпускной и впускной коллекторы расположены довольно близко друг к другу. Выпускной коллектор может нагреваться до очень высоких температур, поэтому есть большая вероятность возгорания топлива вне камеры сгорания. Роторный двигатель лишен такой особенности, поэтому за основу взят именно он.
Однако и стандартный двигатель с кривошипно-шатунным механизмом также был использован в качестве эксперимента на автомобиле БМВ 7-й серии. Это был двигатель, который работал как на бензине, так и на водороде абсолютно независимо. 12-цилиндровый шестилитровый двигатель показывал мощность 260 сил, независимо от вида топлива. Расход водорода на сотню составлял около 50 литров. Водородный бак обеспечивал пробег в 200 км, после чего можно было переключить двигатель на бензин.
Проект провалился. Дело в том, что даже при минимальных переделках конструкции автомобиля, необходимо было устанавливать водородный бак, который занимал половину багажника. Кроме того, инфраструктура водородных заправок в мире насчитывает единицы точек, где можно заправить авто водородом. Добывать водород своими руками не имеет никакого смысла, масштабы не те, да и заправочное оборудование должно быть идеально герметичным.
Ученые прогнозируют более динамичное развитие инфраструктуры водородных заправок только к 2030 году, не ранее. Получать чистый водород можно только двумя путями — либо методом электролиза, либо выделять его из природного газа, поскольку в природе чистого водорода не существует.
Перспектива получать водород из воды выглядит заманчиво, но инвесторы не стоят в очереди на финансирование постройки оборудования, необходимого для получения летучего газа из обычной воды. Разработки продолжаются, нефть потихоньку заканчивается, поэтому человечеству стоит задуматься об альтернативных видах топлива несколько активнее, пока не поздно. А пока, удачных всем дорог на наших дизельных и бензиновых автомобилях.
avtoshef.com
Авто компании разрабатывают новые виды двигателей для автомобилей будущего. Кто-то ставит ставку на электромоторы, а кто-то разрабатывает водородные двигатели. Рассмотрим водородный двигатель и его преимущества.
Автомобиль на водородном топливе имеет так называемый топливный элемент или по-научному - электрохимический генератор. Это своего рода “вечная” батарейка, внутри которой идет реакция окисления водорода и на выходе получается чистый водяной пар, азот и электричество. Т.е. выхлоп такого водородного автомобиля экологический чистый, в нем содержание углекислого газа CO2 равняется нулю.
Автомобиль с топливными элементами, по сути электромобиль. Только с более компактной батареей: ёмкость литий-ионного аккумулятора в 10 раз меньше, чем обычного электромобиля. Здесь батарея нужна только в качестве буфера для хранения энергии, получаемой при рекуперативном торможении и для быстрого холодного старта.
Все дело в том, что главный источник энергии - блок топливных элементов - выходит на рабочий режим не сразу. На первых прототипах водородных машин для этого требовалось около полутора часов. На современных - не более 2 минут, чтобы начать превращение водорода и воздуха в водяной пар, азот и электроэнергию. Но на прогрев до рабочей температуры, когда КПД установки достигает 90% уходит от 15 минут до часа в зависимости от окружающей температуры.
В баллонах хранится 5 кг водорода, обеспечивающие запас хода до 500 км. Полная заправка баллонов займет три минуты.
Главный недостаток водородного автомобиля - высокая себестоимость. Помимо электрохимического генератора, который при массовом производстве может стоить дешевле батарей для электромобилей, нужны еще прочные и легкие баки. Для этого используют дорогой углепластик.
Следующий серьезный недостаток - энергетическая эффективность. Если использовать водород как только как промежуточное звено в цепочке доставки энергии от электростанции к колесам автомобиля, то КПД составит не более 30% с учетом потерь на перекачку и охлаждение водорода перед заправкой. В отличие от 70-80% у электромобилей.
Если получать водород из попутного нефтяного газа, то КПД становится несравнимо выше - до 70%. Правда, ценой выбросов углекислого газа.
Если сейчас производить автомобили с водородными двигатели, то где взять заправки? В Европе количество водородных заправок можно пересчитать по пальцам, у нас их вовсе нет. Инженеры для таких случаев изобрели бивалентный двигатель, который может одновременно работать как на водородном топливе, так и на бензине. Теперь владелец данного автомобиля не будет зависеть от наличия на заправке водородного топлива.
Вот глядишь, лет через пять-десять, когда количество водородных заправок в Европе возрастет, тогда водородомобили получат жизнь. Пока реалии сегодняшнего дня не радужны. Взять хотя бы стоимость машины на чисто водородных элементах - она превышает стоимость обычного автомобиля почти в два раза. И на 20 процентов дороге гибридных версий.
amastercar.ru
Последний энергетический кризис прокатился по миру в далеком 2008 году, и может показаться, что проблем с количеством нефти уже не возникает: нормы выработки становятся больше, а цена – ниже. Но несмотря на это, никто не может отрицать того, что запасы топлива на планете уменьшаются. Автомобильные концерны оплачивают исследования и разработки альтернативных видов топлива. Двигатель Риваза, работающий на воде, появился еще в начале XIX века. Изобретение было представлено в 1806 году и являлось первым двигателем внутреннего сгорания, обогнав бензиновые и газовые двигатели. Разработчики долгое время пытались продолжить разработку в этом направлении, но для того, чтобы провести электролиз и получить необходимое количество энергии требовалось много электричества, что делало такой вид топлива нерентабельным. В конце концов, это в сочетании с взрывоопасностью и поставило точку на исследованиях.
Возврат к водороду произошел в конце 50-х гг. прошлого века: топливный элемент был установлен на тракторы в США. Через три года – в 1962 году – водородный двигатель появился в маленьких автомобилях для гольфа, еще через пять – в мотоциклах. Водород в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) может использоваться в двух вариантах: как гибридный двигатель и как топливный элемент.
Гибридный водородный двигатель используется в качестве присадки в двигателях внутреннего сгорания к бензину или газу. При использовании водорода улучшается воспламеняемость топлива, но из-за высокой степени летучести газа повышается риск воспламенения. Но несмотря на этот недостаток, уменьшается коррозия металлов и вибрация. Для применения водорода нет необходимости в устройстве дополнительного топливного бака, водород вырабатывается из дистиллированной воды. При использовании водорода расстояние, которое можно проехать, увеличивается на 30 процентов. Безопасное использование газа возможно при низких температурах до -30⁰С и при относительно высоких до +30⁰С.
Двигатели с топливным элементом самостоятельно производят электроэнергию путем расщепления водорода на отрицательные электроны и положительные протоны. Использование таких двигателей приносит пользу при больших объемах, поэтому чаще всего применяются в большегрузах. На данный момент в Дании, США и Японии тестируют железнодорожные составы, которые работают на двигателях с топливным элементом. Это перспективный путь развития альтернативного топлива, потому что расход водорода меньше расхода бензина на единицу расстояния.
Еще одним направлением для разработки таких двигателей является авиация. В самолете ТУ-154 как раз таки и использовался такой топливный элемент, конечно же, после распада СССР все разработки в этом направлении были заморожены. Тем не менее над проектом пассажирского самолета, который будет работать на водороде, работают ученые Европейского Союза и Китая. Для того чтобы двигатель мог работать, такой самолет должен развить гиперскорость, что будет возможно сделать только при наличии дополнительного двигателя. Преимущества ДВС на водороде связаны с его воздействием на окружающую среду и высоким КПД.
Конечно, невысокая степень загрязнения присутствует, но из-за наличия в механизме автомобиля масла. Даже при добавлении водорода в обычное топливо производительность повышается на 20%. На 5 кг водородного топлива автомобиль проезжает до 500 км. Ученые считают водород единственным возобновляемым источником энергии.
При его неоспоримых преимуществах на сегодняшний день недостатков намного больше, которые в основном связаны с конструктивом двигателя:
Водородный двигатель – это не фантастика. Например, Honda, Toyota и Hyndai наладили линию по производству автомобилей с двигателями на базе водорода и плотно оккупировали рынок: Toyota Mirai (2015), Honda FCX Clarity (2008), Hyundai ix35 Fuel Cell. В середине декабря прошлого года Audi объявило о своем решении выпустить новый концепт на водороде – Q6 H-Tron.
Несмотря на все недостатки, водород – это единственный возобновляемый и неограниченный ресурс на планете. Для того чтобы автомобили с таким ДВС получили широкое распространение, ученым и разработчикам надо будет решить, как устранить негативные характеристики и уменьшить стоимость механизма, а государствам наладить инфраструктуру, чтобы машины на водороде перестали быть редкостью на дорогах.
www.alto-lab.ru
Всем известно, что запасы нефти на нашей планете ограничены. И вполне возможно, в недалеком будущем нас ждет дефицит нефти. Уже сегодня цена на бензин достаточно высока. Данный факт стимулирует развитие альтернативных источников топлива, и желательно возобновляемых. На эту роль отлично подходит водородный двигатель, топливом для которого служит водород. Еще в пятидесятые годы прошлого века появилась идея использовать водород, как эффективное, экологичное и недорогое топливо. Стоимость водорода колеблется в диапазоне 2-5$ за кг.На сегодня разработки водородного двигателя достаточно перспективны, потому что позволяют не беспокоится о запасах нефти и других исчерпаемых ресурсов, применяемых в виде топлива. Еще существенный плюс водородного двигателя, это то, что он не наносит вреда окружающей среде, так как побочными продуктами его работы являются вода и тепло.
В зависимости от принципа работы, водородные двигатели можно подразделить на два типа:
Еще не ясно, какой из этих двух вариантов водородных двигателей окажется наиболее экономически и технически перспективных, на основе топливных элементов или двигатель внутреннего сгорания на водороде, но время покажет, исследования в данной области не прекращаются.
greenvolt.ru
Как известно, поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет как плюсы, так и целый ряд определенных недостатков. Прежде всего, глобальной проблемой является токсичный выхлоп 
Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.
Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.
Во времена Второй мировой войны, когда возникли сложности с поставками нефтяного топлива, техник из СССР Борис Исаакович Шелищ, который был родом из Украины, заложил основы российской водородной энергетики. Он также предложил использовать смесь водорода и воздуха в качестве горючего для ДВС, после чего его идеи быстро нашли практическое применение. В результате появилось около полутысячи двигателей, работавших на водороде.
Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.
Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).
Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.
Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.
Начнем с того, что двигатель внутреннего сгорания на водороде по своей конструкции не сильно отличается от обычного ДВС. Все те же цилиндры и поршни, камера сгорания и сложный кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно поступательного движения в полезную работу.
Единственное, в цилиндрах сгорает не бензин, газ или солярка, а смесь воздуха и водорода. Также нужно учитывать и то, что способ подачи водородного топлива, смесеобразование и воспламенение также несколько другой по сравнению с аналогичными процессами в традиционных аналогах.
Прежде всего, горение водорода по сравнению с нефтяным топливом отличается тем, что водород сгорает намного быстрее. В обычном двигателе смесь бензина или солярки с воздухом заполняет камеру сгорания тогда, когда поршень почти поднялся в ВМТ (верхняя мертвая точка), затем топливо какое-то время горит и уже после этого газы давят на поршень.
На водороде реакция протекает быстрее, что позволяет сдвинуть наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Также после того, как протекает реакция, результатом становится обычная вода вместо токсичных выхлопных газов. Как видно, на первый взгляд стандартный двигатель относительно легко подстроить под водородное топливо путем доработок впуска, выпуска и системы питания, однако это не так.
Первая проблема заключается в том, как получать необходимый водород. Как известно, водород находится в составе воды и является распространенным элементом, однако в чистом виде практически не встречается. По этой причине для максимальной автономности на транспортное средство нужно отдельно ставить водородные установки, чтобы «расщеплять» воду, позволяя мотору питаться необходимым топливом.
Идея кажется привлекательной. Более того, можно даже обойтись без наружного воздуха на впуске и создать закрытую топливную систему. Другими словами, после каждого раза, когда в камере сгорит заряд, в цилиндре будет оставаться водяной пар. Если этот пар пропустить через радиатор, произойдет конденсация, то есть снова образуется вода, из которой можно повторно получить водород.
Однако чтобы этого добиться, на автомобиле должна стоять установка для электролиза (электролизер), которая и будет отделять водород от воды, чтобы затем получить нужную реакцию с кислородом в камере сгорания. На практике установка получается сложной и дорогой, а создать такую закрытую систему довольно сложно.
Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания независимо от типа топлива все равно нуждается в системе смазки, чтобы защитить нагруженные узлы и трущиеся пары. Если просто, без моторного масла никак не обойтись. При этом масло частично попадает в камеру сгорания и затем в выхлоп. Это значит, что полностью изолировать топливную систему на водороде (не использовать наружный воздух) практически нереализуемая задача.
По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания больше напоминают газовые двигатели, то есть агрегаты на газе пропане. Чтобы использовать водород вместо пропана, достаточно изменить настройки такого ДВС. Правда, КПД на водороде несколько снижается. Однако и водорода нужно меньше, чтобы получить необходимую отдачу от мотора. При этом никаких установок для автономного получения водорода не предполагается.
Что касается попытки подать водород в обычный бензиновый или дизельный двигатель, автоматически возникают риски и сложности. Прежде всего, высокие температуры и степень сжатия могут привести к тому, что водород будет вступать в реакцию с нагретыми элементами ДВС и моторным маслом.
Также даже небольшая утечка водорода может стать причиной того, что топливо попадет на разогретый выпускной коллектор, после чего может произойти взрыв или пожар. Чтобы этого не случилось, для работы на водороде чаще задействуют роторные двигатели. Такой тип ДВС больше подходит для этой задачи, так как их конструкция предполагает увеличенное расстояние между впускным и выпускным коллектором.
Так или иначе, даже с учетом всех сложностей, ряд проблем удается обойти не только на роторных, но даже и на поршневых моторах, что позволяет водороду считаться достаточно перспективной альтернативой бензину, газу или солярке. Например, экспериментальная версия модели BMW 750hL, которую представили в 2000 году, имеет водородный двигатель на 12 цилиндров. Агрегат успешно работает на таком горючем и способен разогнать автомобиль до скорости около 140 км/час.
Правда, никаких отдельных установок для получения водорода из воды на машине не имеется. Вместо этого стоит особый бак, который просто заправлен водородом. Запас хода на полном баке водорода составляет около 300 км. После того, как водород закончится, двигатель в автоматическом режиме начинает работать на бензине.
Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.
Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.
В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной). Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода. В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.
Такая реакция образует воду, при этом электроны из камеры с анодом поступают в электрическую цепь. Указанная цепь подключена к двигателю. Простыми словами, образуется электричество, которое заставляет двигатель работать от такого водородного топливного элемента.
Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. В результате конечная стоимость транспорта с таким двигателем сильно возрастает.
Сегодня над созданием экологичных двигателей трудятся многие компании. Некоторые идут по пути создания двигателей-гибридов, другие делают ставку на электромобили и т.д. Что касается водородных установок, в плане экологии и производительности данный вариант также может в ближайшее время составить конкуренцию ДВС на бензине, газе или дизтопливе.
Водородные двигатели показали себя несколько лучше, чем самые продвинутые электрокары. Например, японская модель Honda Clarity. Единственное, остался такой недостаток, как способы и возможности заправки. Дело в том, что инфраструктура водородных заправочных станций не особенно развита, причем в мировом масштабе.
Также не особенно большим является и сам выбор водородных легковых авто. Кроме Honda Clarity можно разве что упомянуть Mazda RX8 Hydrogen, а также BMW Hydrogen 7. Фактически это автомобили-гибриды, которые работают на жидком водороде и бензине. Еще можно добавить в список Mercedes GLC F-Cell. Эта модель имеет возможность подзарядки от бытовой сети электропитания и позволяет пройти до 500 км. на одном заряде.
Дополнительно стоит отметить модель Toyota Mirai. Автомобиль работает только на водороде, одного бака хватает на 600 км. Водородные двигатели еще встречаются на отечественной модели «Нива», а также устанавливаются корейцами на специальную версию внедорожника Hyundai Tucson.
Как видно, с двигателем на водороде активно экспериментируют многие производители, однако такое решение все равно имеет много недостатков. При этом некоторые минусы сильно мешают массовой популяризации.
Прежде всего, такие установки менее токсичны, при этом они не нуждаются в дорогостоящем топливе на основе нефти. Также автомобили с водородным двигателем имеют приемлемый запас хода. В продаже имеются и гибридные модели, использующие как водород, так и бензин.
Что касается недостатков и сложностей, машина с водородным двигателем сегодня имеет высокую стоимость, а также могут возникать проблемы с заправкой топливом по причине недостаточного количества заправочных станций. Не стоит забывать и о том, что также не просто найти специалистов, которые способны качественно и профессионально обслужить водородную силовую установку. При этом обслуживание будет достаточно затратным.
Напоследок отметим, что активное строительство трубопроводов для перекачки газа метана обещает в дальнейшей перспективе возможность перекачки по этим же трубопроводам и водорода. Это значит, что в случае роста общего числа авто с водородными двигателями, также высока вероятность быстрого увеличения количества специализированных заправочных станций.
Двигатель без коленвала: миф или реальность
drive.autogear.ru
Инновация 2000-х годов
Водородный двигатель – это, несомненно, революция в автостроении. Топливный водородный компактный элемент, при своем весе в пять килограммов дает автомобилю возможность на одной заправке проехать 500 километров. Одним словом, водородный двигатель – это химический электрический генератор, обладающий огромной мощностью.
Характеристика
Характеристики этого изделия поистине выдающиеся. Топливный элемент первого такого двигателя при заправке в 54 литра сжатого водорода выдавал мощность, которая составляла 80 киловатт! Водород является самым экологически чистым горючим. Продукт его горения – это вода. Всем известно простое уравнение, объясняющее как раз этот процесс – 2Н2 + О2 = 2Н2О. Сегодня электролиз (образование из воды водорода при помощи пропускания электрической искры через неё) – единственный метод получения данного вещества.
Преимущества
Самым главным преимуществом такого механизма, как водородный двигатель, является его стоимость. Большинство топливных элементов очень дорогие – то есть недоступные для многих автолюбителей. Водородный двигатель же основан на поршневом классическом двигателе, который проверен не одним десятилетием в автомобильном деле. Однако где взять заправки? Для такого случая инженерами был изобретен бивалентный двигатель, который осуществляет свою работу и на бензине, и на водороде. А из этого следует вывод, что обладатель данной машины не будет зависеть от того, есть ли на заправке водородное топливо. Однако имеется один недостаток – общая эффективность его работы несколько снижается.
Теплота сгорания водорода и другое топливо
Хочется отметить, что водород используют в и обычном двигателе как топливо. Тогда мощность двигателя снижается до 82 процентов (если сравнивать с бензиновым вариантом). Однако если изменена и система зажигания, то мощность увеличивается (примерно до 120 процентов). Но в таком случае водород при давлениях и температурах, что создаются в двигателе, может вступить в реакцию со смазкой и конструкционными материалами. Это приведет к быстрому износу. Помимо того водород является летучим веществом, и из-за этого (если использовать обычную карбюраторную систему питания) он может проникнуть в выпускной коллектор, а там воспламениться.
Водородный генератор своими руками? Запросто!
Итак, необходимы топливные водородные ячейки для машины. Они состоят из сосуда (контейнера) с водой, который располагается под капотом. В сосуд нужно набрать простой воды и бросить чайную ложку соды, катализаторы и погрузить несколько пластин, выполненных из нержавеющей стали. Их нужно подключить к аккумулятору. Когда будет включено зажигание, газ начнет вырабатываться. В воздуховод, что расположен после фильтра, нужно вмонтировать шланг с водородом. После этого кислород и водород можно извлечь из воды при помощи электролиза. Далее смесь веществ втянется во впускной коллектор автомобиля, где смешается с бензином и в обычном порядке сгорит в двигателе.
www.syl.ru
www.carscomfort.ru
Перспективы использования
водородного двигателя на транспорте
Доклад на СНО в СПбГУКиТ, май 2006.
Руководитель: доцент каф. физики и оптики Штейн Б.М.
Докладчики: студентки 532гр. Павличенко Д., Лю Е.
Энергия будущего?
В последнее время и в прессе и в бизнесе и в науке и в политике активизировались разговоры и разработки двигателей работающих на водороде (не путать с термоядерной водородной энергетикой!). Водородными двигателями активно занимаются крупнейшие немецкие, японские, американские и др. автомобильные компании. Водородный двигатель представил и АвтоВАЗ. Подобные двигатели находят поддержку у правительств: США выделяет на разработку миллиард долларов, Путин делает громкое заявление о поддержке водородной энергетики, «Единая Россия» добивается выделения из бюджета миллиарда рублей… Водородный двигатель рассматривается как панацея, решающая энергетическую (нефтяную) и экологическую проблему.
Разберемся, так ли это на самом деле, или водородный двигатель – бесперспективный миф.
Энергетическая проблема
Основная проблема водородного двигателя состоит в том, что добывать водород в природе невозможно – его приходится получать электролизом воды, или переработкой природных углеводородов, все равно, сжигая при этом нефть, газ, уголь или уран. Таким образом, водород является не топливом, а лишь аккумулятором энергии.
Следовательно, при расчете КПД водородного двигателя надо считать КПД всей цепочки: производство электроэнергии на электростанции – передача электроэнергии – получение водорода – транспортировка водорода – водородный двигатель, а такой КПД водородного двигателя значительно ниже, чем у бензиновых двигателей. Следовательно, он неэкономичен, тратит больше топлива и дает больше экологически вредных выбросов.
Кроме того, по различным оценкам, на сегодняшний день суммарная мощность всех автомобилей в десятки раз превосходит суммарную мощность всех электростанций, а электростанции и так не всегда справляются с возрастающей нагрузкой (вспомним недавние отключения в Москве, Владивостоке, США…). Если учесть, что на ввод в строй только одной электростанции нужно (при полном финансировании) 3-5 лет, то становится очевидно, что массовый переход транспорта на водород в обозримой перспективе невозможен в принципе.
Типы водородных двигателей
Существует два принципиально различных типа водородных двигателей.
Топливные элементы – по сути, гальванические элементы в которых реакция водорода с кислородом происходит непосредственно с получением электричества. Имеют высокий КПД, не имеют движущихся частей, не греют улицу… Но на сегодняшний день имеют два серьезных недостатка: низкая удельная мощность (даже при небольшой мощности имеют большой вес) и высокая цена (они содержат платину и палладий). Поэтому они используются в основном в космических аппаратах и на подводных лодках, однако, если их поставить на автомобиль, то он по цене сравняется с космическим кораблем. Рано или поздно эти технические проблемы будут решены, но «энергетическую проблему» они все равно не решают. Поэтому в дальнейшем речь пойдет о двигателях второго типа.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) на водороде – принципиально не отличается от аналогичного ДВС на пропане, на котором сейчас ездит половина грузовиков. Дешёвая, надёжная, отработанная конструкция. Скорее всего, перевести пропановый двигатель на водород можно даже не переделкой, а перенастройкой – экспериментальные образцы давно существуют – миллиард для этого не нужен. «Энергетическую проблему» они также не решают.
Экологические проблемы ДВС на водороде
Во-первых, как уже было доказано выше, водородный двигатель (с учетом производства водорода и электроэнергии) дает больше экологически-вредных выбросов, правда там где расположена электростанция – где-нибудь в тайге, а не в городах, где эта проблема наиболее актуальна.
В идеале сам ДВС на водороде выбрасывает в атмосферу только водяной пар. В реальных условиях добиться столь идеального сгорания практически невозможно – в зависимости от условий горения, могут образовываться гидроксиды OH (которые взаимодействуя с металлом, будут вызывать его коррозию и образовывать весьма опасную для экологии щелочь), перекись водорода (крашенные блондинки знают, насколько это едкое и опасное вещество), соединения азота и др. Сам водород, утечки которого неизбежны, разрушает озоновый слой.
Водяной пар, при массовых выбросах, так же представляет серьёзную опасность – он может привести к трудно прогнозируемым климатическим изменениям; также как и CO2, является «парниковым газом»; усиливает коррозию материалов, что может привести к преждевременным обрушениям конструкций и серьёзным техногенным катастрофам; ухудшает самочувствие людей; создает благоприятные условия для размножения болезнетворных бактерий; увеличивает «скользкость» дорожного покрытия и количество туманов, что ведет к повышению количества ДТП.
Проблема безопасности
Водород, также как пропан или пары бензина в смеси с воздухом образует «гремучую смесь». Однако, в отличие от пропана, водород невозможно удержать в баллоне – молекулы водорода настолько малы, что легко диффундируют сквозь металл.
Существует и другой способ хранения водорода - металл-гидриды — ёмкости со специальными сплавами, которые впитывают водород в свою кристаллическую решётку и отдают его при нагревании. Такой способ хранения имеет высокую плотность упаковки топлива, но чреват тем, что эта ёмкость может нагреться и отдать водород не только от нагревателя, но и, например, от солнца или работающего двигателя, что может вызвать утечку водорода и взрыв.
Конечно, все можно предусмотреть – создать специальные покрытия, термостаты, датчики утечки, систему вентиляции и т.д., но тогда автомобиль по стоимости опять сравняется с космическим кораблем.
Вывод
Водородный двигатель имеет определенные перспективы там, где нужны максимальные мощности, скорости и т.д., причем любой ценой, без оглядки на стоимость и экологию (космические аппараты, боевая техника, гонки…), но массовое использование его на транспорте, абсолютно бесперспективно, т.к. он неэкономичен, неэкологичен, небезопасен и не может быть обеспечен водородом в необходимом количестве.
Альтернативные перспективные технологии
На сегодняшний день существуют несколько действительно перспективных технологий, которые полностью не решают энергетические, экономические и экологические проблемы, но могут несколько улучшить ситуацию.
Биотопливо (метан, этанол, рапсовое масло и др.) – пожалуй, самая перспективная на сегодняшний день альтернатива бензину. Работы по его внедрению полностью или в смеси с бензином очень активно ведутся во всем мире. Экологически оно не панацея, но лучше бензина. Является возобновляемым источником. Зачастую – даровое: например, вся Куба ездит на этаноле из отходов переработки сахарного тростника, в Гонконге метан получают прямо при гниении отходов на свалках… Кроме того, успехи биологии и генной инженерии позволяют надеяться на значительный прорыв в этом вопросе в ближайшее время.
Преимущество угля в том, что его много. Если нефти, по различным прогнозам, хватит на 20-50 лет, то угля на 500-1000 лет. Уголь – не самое удобное для автомобиля топливо. Но еще в СССР и некоторых других странах была разработана технология сжижения и газификации угля, позволяющая переработать каменный уголь в чистое, не уступающее нефти по калорийности, жидкое или газообразное топливо. Однако, в нашей «богатой нефтью» стране, эта технология, к сожалению, не была востребована. Сейчас лидером по применению этой технологии является Китай, строящий завод, который будет производить 5 миллионов тонн «светлых нефтепродуктов» в год, расходуя на это 15 миллионов тонн обычного угля.
Аккумуляторы – имеют те же преимущества и недостатки, что и топливные элементы. Поэтому они перспективны в весьма узких специфических областях.
Гибриды – уже не завтрашний, а сегодняшний день – Toyota Prius, Honda и др. активно завоевывают японский и американский рынок и подбираются к европейскому. В гибридах бензиновый двигатель вращает не колёса, а генератор, он дает электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторах и по мере необходимости передается электродвигателям, вращающим колёса. Такая схема имеет два основных преимущества: двигатель, даже при езде «по городскому циклу», работает в наиболее экономичном режиме; при торможении кинетическая энергия автомобиля не переходит в тепло в тормозных колодках, а возвращается в аккумулятор, т.к. электродвигатель в этом случае работает в режиме генератора. Поэтому гибриды имеют более высокий КПД, следовательно, меньше потребляют бензина и дают меньше вредных выбросов. Однако, гибриды не панацея, решающая все проблемы, а лишь усовершенствование, немного повышающее КПД бензиновых двигателей.
Н.В.Гулиа в научно-популярной книге «В поисках «энергетической капсулы» (можно бесплатно прочесть на сайте http://www.n-t.org/ri/gl/ek.htm), а так же в сотнях научных трудов и патентов очень убедительно доказывает, что лучшим аккумулятором энергии являются маховики. Однако, промышленность почему-то не спешит взять на вооружение его разработки. Да и, как и любой другой аккумулятор, он не решает главную - «энергетическую проблему».
FAQ (часто задаваемые вопросы)
Вопрос:
Вы чё, типа, самые умные? Во всем мире занимаются водородом, а вы - против? Может, вы отстаиваете интересы нефтяных олигархов? Вы – тормоз для прогресса.
Ответ:
Давайте разберемся, кто и зачем на самом деле, занимается водородом.
Крупные западные компании (прежде всего немецкие и японские) ставят водородные двигатели не на серийные модели, а исключительно на «концепт-кары», которые ездят в основном по выставочным салонам. То есть, для них водородный двигатель является относительно недорогой, но очень эффектной и эффективной рекламой.
Наш президент Путин В.В. сделал громкое заявление о поддержке водородного двигателя всего один раз перед каким-то саммитом по киотскому протоколу. Этим он, очевидно, хотел показать мировой общественности, что Россия борется за экологию. Больше он ни разу об этом не заикался, видимо, понимая всю бесперспективность водородного двигателя.
Как доказано выше, водородный двигатель бесперспективен, но его разработка весьма не дорога. Т.к. у меня нет доказательств для суда, то на вопрос о том, куда пойдет львиная доля миллиарда, выделенного «Единой Россией» из бюджета, выводы делайте сами!
Серьёзные российские ученые, занимающиеся этой проблемой, либо надеются на применение водородного двигателя в «оборонке», где он имеет определенные перспективы, либо просто отрабатывают гранты.
Вопрос:
Критиковать легко, а ты предложи что-либо взамен.
Ответ:
См. вторую часть доклада «Альтернативные перспективные технологии».
Вопрос:
Возможно, водородный двигатель будет востребован, когда у человечества будет достаточно электроэнергии, получаемой, например, при помощи термояда?
Ответ:
Согласно самым смелым прогнозам ученых, первая работоспособная промышленная термоядерная электростанция будет создана не раньше, чем через 30-50 лет, а обеспечить все человечество с избытком электроэнергией они вряд ли смогут раньше, чем через 100 лет при идеальных условиях для развития термоядерной энергетики.
Впрочем, к тому времени наверняка будут созданы гораздо более мощные, энергоёмкие, легкие и дешёвые аккумуляторы, тем более, что эта сфера сейчас развивается очень динамично. Поэтому водородный двигатель всё равно будет не актуален.
См. также
С.Южный. В пользу негодных технологий и концепций.
http://altinfoyg.narod.ru/vpntk.html
Галина РЕЗНИК, по материалам FT. Водородная энергетика (Незнание законов физики не освобождает от последствий).
http://www.tek-ua.com/article0$t!1$pa!242$a!24301.htm
Анастасия Герасимова, Юлия Говорун. Подвиг во имя палладия. (О том кому и почему это выгодно)
http://www.smoney.ru/article.shtml?2006/04/17/349
Дмитрий Верхотуров, Илья Кирилловский. Грязное лицо чистой энергетики.
http://www.apn.ru/publications/comments17132.htm
Водородный миф.
http://www.goldformula.ru/index.php?issue_id=95
Сергей Строганов. Водородные двигатели признали бесперспективными.
http://autoworld.mail.am/index.php?category=319&id=797
bomos.narod.ru
Человеческая техногенная цивилизация, основанная на использовании природного углеводородного топлива, всё быстрее и неуклоннее приближается к логическому концу. В начале семидесятых годов двадцатого века западный мир поглотил энергетический кризис. Подорожание нефти, а соответственно и бензина, поставило научную интеллигенцию перед проблемой поиска альтернативных источников энергии. Выход из коллапса нашёлся в элементарной экономии. Технические новшества и изобретения оттянули ещё на пару-тройку десятилетий приближение энергетической катастрофы. Но в двадцать первом веке встали во весь рост следующие задачи - экология и отсутствие природного ресурса. Что самое интересное - заканчивающиеся уголь, нефть и газ сами могут помочь покончить не только с парниковым эффектом, но и с "высокоразвитой" земной расой. Чтобы не допустить наступления столь печального завершения нашего присутствия на Земле, учёные умы бьются за овладение альтернативными источниками столь вожделенной энергетической материи.
Один из вариантов - это использование самого распространённого во Вселенной химического элемента под названием водород. Он прекрасно сгорает в термоядерных топках всех звёзд, в том числе и в чреве нашего Солнца. Он рождает неисчислимое количество воды и на нашей обитаемой планете. Проблема одна - заставить трудиться на благо человека. Ведь в атомарном состоянии водород не встречается, о только в связанном, в различных химических соединениях.
Интерес к водороду, как виду топлива, вызывает неоспоримый интерес у транспортников. Мечта экологов - двигатель, который выбрасывает в атмосферу вместо серы, азота и угарного газа - водяной пар. Как заставить вращаться колёса автомобилей, турбины реактивных двигателей и прочих транспортных средств с помощью самого летучего вещества в материальном мире давно мучает академиков. Способов применения может быть несколько. Нарпимер, давно известный двигатель внутреннего сгорания. Тут водород используется в качестве присадки к бензину или природному газу. Такая добавка улучшает воспламеняемость смеси. Правда, падает мощность двигателя, но если изменить конструктивно систему зажигания, то она может преодолеть стопроцентный барьер. Только снова дают о себе знать увеличивающиеся вредные выхлопы окислов азота, подгорают поршни и клапаны, увеличивается износ двигателя. А способность водорода проникать сквозь атомарную решётку металлов, в силу чрезвычайной летучести водорода, может произвести к воспламенению при высокой температуре нагретых поверхностей. Да и огромное количество водяного пара в пересчёте на единицу техники, выбрасываемого в воздух, совершенно не изучено. Последствия такого применения экологически чистого топлива могут оказаться не менее угрожающими, чем и привычных углеводородов. Хотя по версии других исследователей, эти, так называемые гибридные двигатели, уменьшают коррозию элементов, а вследствие более полного сгорания топливной смеси уменьшается вибрация и шумность. Ещё один плюс - это компактность. Газ вырабатывается только в процессе движения из дистиллированной воды, то есть дополнительных баков для самого водорода не требуется. Тем самым повышается и безопасность применения водородного двигателя. В случае аварийной ситуации автоматика отключает процесс выработки водорода.. Залил дистилят и можешь на одной заправке проехать расстояние на 30-40 % больше, чем на обычном бензине. Разработчики гибридных двигателей обещают, кроме всего прочего, и простоту обслуживания оборудования, которое сводится к своевременной замене воды или электролита зимой и проверки на герметичность водородной магистрали. Наружная температура воздуха, при которой возможно безопасное и надёжное использование водорода, составляет от -30°до +30°С.
Следующий вид водородных двигателей - это применение водородных топливных элементов. Сущность их заключается в том, что они сами являются производителями электрической энергии, расщепляя атомы водорода. В таких топливных элементах решена проблема сверхлетучести водорода. Специальные металлические мембраны встраивают в свою кристаллическую решётку атомы водорода, которые при прохождении через мембрану разделяются на электрон и протон. Направленное движение электронов выполняет необходимую работу. Но для получения таким образом водорода, как и при электролизе воды, требуется вначале выделить энергию, хотя при высоком КПД затраты её окупаются с лихвой лишь при больших объемах. Поэтому использование водородных топливных элементов приносит пользу, например, в подводных лодках или на шасси большегрузных автомобилей. Установив на колесо электромотор, появляется возможность избавиться от сложных механических устройств. Расход водорода на единицу пути меньше, чем расход бензина. В год автомобилю потребуется до двух сотен килограмм водорода. Ещё одно перспективное направление для развития водородных топливных элементов или водородных двигателей является железнодорожный транспорт. Ведущие страны мира, такие как США и Япония используют в экспериментальных целях локомотивы с водородными двигателями. Дания эксплуатирует такой поезд на участке небольшой протяжённости. Не обошлось без попыток создать водородный двигатель на топливных элементах и в авиации. Ещё в советский период на базе самолётов семейства Туполева, Ту-154, был испробован водородный двигатель. Но с развалом Советского Союза эта тема была закрыта. В настоящее время Россия, Китай и Европейский Союз разрабатывают гиперзвуковой пассажирский самолет с водородным прямоточным двигателем. Особенность его заключается в том, что такой двигатель начинает работать только при сверхзвуковом обтекании. Поэтому для разгона самолёта до сверхзвуковой скорости необходим второй двигатель. Топливом, использующимся в прямоточном двигателе, является жидкий водород. Недостаток жидкой фракции водорода - это невозможность длительного хранения. В случае отложенного старта топливо необходимо сливать, а это дополнительные экономические затраты. Нельзя упускать из виду и проблему используемых материалов для топливных баков. При полёте с гиперзвуковой скоростью число Маха достигает от 4-х до 8 единиц (5000-9000км/час), происходит разогрев отдельных элементов конструкции до 200-300°С. Таким образом, техническое исполнение резервуаров значительно усложняется.
Особое значение имеет использование водородных топливных элементов на водном транспорте. Морские суда являются наибольшими производителями парниковых газов и других вредных для экологии веществ. Поэтому задача переоснащения этого вида транспорта на экологически чистые виды топлива стоит на первом плане технического прогресса. Многие мировые корпорация включились в работу по исследованию возможного применения водорода, как возобновляемого источника энергии.
Альтернативные технологии
Мировые запасы нефти стремительно сокращаются. По подсчётам учёных их хватит, максимум, лет на 50. Природный газ также имеет ограниченный ресурс - допустим, лет на 100. Поэтому необходимо искать другие возможности. Одна из них - это биологическое топливо, на основе этанола и масел, производимых при переработке таких растений, как подсолнечник, рапс, тростник и других. Главный плюс такого вида топлива состоит в том, что оно возобновляемо. Недостаток же - это наличие экологических препятствий, впрочем, с последствиями от применения бензинов на основе нефтепродуктов, естественно, не сравнить. Биотопливо гораздо чище.
Ещё одна из возможностей производства топлива для транспорта - это каменный уголь. Запасы его пока достаточно велики, тем более появились технологии, позволяющие вырабатывать как жидкое, так и газообразное топливо. Многие страны мира рассматривают технические проекты по строительству таких углеперерабатывающих заводов.
В середине прошлого века инженеры удивили мир новым автомобилем, имеющим не только необычный вид, но и совершенно не нуждающимся в бензине. Это было устройство на солнечных батареях. Она напоминала скорее космический корабль, чем наземное средство передвижения, а скорость и километраж пробега оставлял желать лучшего. Даже в настоящее время электромобили на фотоэлементах не завоевали дорожные магистрали. Но технологии все время развиваются. Огромное количество транспортных средств, использующих солнечную энергию, применяются в различных сферах человеческой деятельности. Гоночные автомобили, самолёты, морские суда вплоть до космических кораблей - все эти машины работают на фотоэлектричестве. Проблема их заключается в необходимости установки больших по площади солнечных панелей. Низкая энергоэффективность не позволяет ещё выйти в массовое производство. Но высокая экологическая безопасность, бесшумность, относительная простота обслуживания не вызывает сомнений в большом будущем машин на фотоэлементах.
zeleneet.com
