Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

Автомобили с водородными двигателями называют главными конкурентами электрокаров. Но у технологии пока что немало минусов, и, например, основатель Tesla Илон Маск называет ее «тупой и бесполезной». Прав он или нет?

С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.

Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.

История развития рынка водородных двигателей

Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.

Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.

В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.

В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.

Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].

Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.

В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.

В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.

Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.

Toyota Mirai 2016 года выпуска

Как работает водородный двигатель?

На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.

Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

Схема работы водородного двигателя

По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

Как работает водородный двигатель внутри Toyota Mirai

Где применяют водородное топливо?

• В автомобилях с водородными и гибридными двигателями. Такие уже выпускают Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
• В поездах. Первый такой был выпущен в Германии компанией Alstom и ходит по маршруту Букстехуде — Куксхафен;
• В автобусах: например, в городских низкопольных автобусах марки MAN.
• В самолетах. Первый беспилотник на водороде выпустила компания Boeing, внутри — водородный двигатель Ford;
• На водном транспорте. Siemens выпускает подводные лодки на водороде, а в Исландии планируют перевести на водородное топливо все рыболовецкие суда;
• Во вспомогательном транспорте. Водород используют в электрокарах для гольфа, складских погрузчиках, сервисных автомобилях логистических компаний и аэропортов;
• В энергетике. Электростанции мощностью от 1 до 5 кВт, работающие на водороде, могут обеспечивать теплом и энергией небольшие города и отдельные здания. Например, после аварии на Фукусиме в 2018 году Япония активнее начала переходить на водородную энергетику [9], планируя перевести на водород 1,4 млн электрогенераторов;
• В смесях с обычным топливом. Например, с дизельным или газовым — чтобы удешевить производство.

Плюсы водородного двигателя

• Экологичность при использовании. Водородный транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид углерода;
• Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;
• Бесшумная работа двигателя;
• Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электрокарами;
• Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть, запасы которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в нескольких странах. Это позволяет нефтяным государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно для развитых экономик.

Минусы водородного двигателя

• Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1 [10], а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
• Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
• Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых [11]. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.
• Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз [12], из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения.

Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели и легко воспламеняется. Если он заполнит собой весь капот и салон автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили

Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.

Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.

Водородный транспорт в России

В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.

В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.

Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.

Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».

В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.

Перспективы технологии

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.

Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.

С одной стороны, в Европе Toyota Mirai II стоит несколько дешевле, чем Tesla Model S (€64 тыс. против €77 тыс.) [18]. Полная зарядка водородного автомобиля занимает около 3 минут — против 30-75 минут для электрокара. Однако вся разница — в обслуживании: Toyota Mirai вмещает 5 кг водородного топлива [19] по цене $8-9 за кг. Таким образом, полный бак обойдется в $45, и его хватит на 500 км — получаем около $9 за 100 км пробега. Для Tesla Model S те же 100 км обойдутся всего в $3.

Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.

Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.

Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].

Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:

1. Лобби со стороны развитых государств: в США [22], ЕС [23], Японии [24], России [25] и других странах приняты законы в поддержку экологичного транспорта.
2. Удешевление аккумуляторов: согласно исследованию Bloomberg New Energy Finance, за последние десять лет цены на литий-ионные аккумуляторы упали с $1200 до $137 за кВт·ч.
3. Развитие инфраструктуры: специальные электрозарядные станции и зарядки в крупных бизнес-центрах, на парковках ТЦ и аэропортов.

Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.

Согласно прогнозу Markets&Markets [28], к 2022 году объем мирового производства водорода вырастет со $115 до $154 млрд. Остается главный вопрос: как быть с инфраструктурой? Чтобы водородные двигатели стали массовыми, нужны сети заправок, трубопроводы для топлива, отлаженные логистические цепочки. Все это пока только зарождается. Но и тут есть позитивные сдвиги: например, канадская Ballard Power по заказу китайского Министерства транспорта запустила пилотный проект, в рамках которого водородное топливо можно будет заливать в обычные АЗС.

Автомобиль на водородном топливе

Автор admin На чтение 6 мин. Просмотров 423

Водород давно считается едва ли не лучшей заменой бензину. Это неудивительно, ведь при его сгорании выделяется вода, а не вредные вещества. Вот только, несмотря на все очевидные преимущества, споры и дискуссии про водородный автомобиль идут до сих пор. И это притом что многие корпорации, Toyota, BMW, Ford, постоянно ведут работы по использованию такого газа как источника энергии для движения машины.

Водородная установка для автомобиля, с нее все начиналось

Согласно историческим сведениям, первый двигатель ДВС был водородный, хотя порой использовался и светильный газ. Но потребовалось еще много лет для совершенствования подобного мотора, и только в 1859 году был построен первый самоходный экипаж, топливом для которого служили упомянутые газы. Так что можно сказать, что современный транспорт начинался с автомобиля с водородным двигателем. Хотя в дальнейшем он уступил свое место бензиновому.

Известно несколько случаев, когда при отсутствии привычного горючего, водородный генератор обеспечивал автомобиль топливом. Но тем не менее, при всех достоинствах такого источника энергии он не нашел широко применения, хотя многие автомобильные корпорации, та же самая Toyota, работают над возможностью создания автомобиля на водородном топливе, и надо сказать не без успеха.

О водородных двигателях

Известны несколько различных вариантов, каким может быть такой мотор и что может лежать в основе его работы.

Сгорание водорода

Это обычный ДВС, работающий непосредственно на водороде или на его смеси с бензином. В результате такой добавки улучшается сгорание смеси, увеличивается КПД мотора, уменьшается при сгорании содержание окиси углерода. Однако в конструкцию автомобиля приходится вводить бак для хранения водорода, причем жидкого. А это не добавляет места в багажнике и не повышает безопасность при столкновениях.

Такой принцип использования водорода реализует BMW, причем основной задачей компания считает возможность применения любого из видов топлива (бензин, водород). Уже созданы, и длительное время успешно эксплуатируются несколько образцов, работающих на подобном принципе. Правда, при этом в основном остаются недостатки, свойственные обычному автомобилю.

Топливные элементы

Другим способом использования водорода является топливный элемент. Его конструкция представлена на рисунке

В результате прохождения через анод и катод молекул водорода и кислорода и их взаимодействия, образуется вода и электрический ток. Если соединить нескольких таких элементов, то получается своеобразный генератор, обеспечивающий работу электромотора. По сути дела, подобным образом создается электрохимический генератор электрического тока.

Этот вариант построения автомобиля, использующего водород в качестве топлива, реализует Toyota. Она намеревается перейти от выпуска прототипов к серийному производству электромобилей на основе топливных элементов. По имеющимся сообщениям, водородный автомобиль Toyota должен серийно выпускаться с 2015 года.

А так ли хорош водород?

Считается, что самым основным достоинством автомобиля, использующего водород, является его экологичность. Общепринято, что при сгорании водорода вместо окиси углерода и других вредных веществ будет появляться вода, точнее водяной пар. Однако при этом используется не чистый кислород, а воздух, в состав которого входит азот. В результате в камере сгорания образуются окислы азота. А их воздействие на окружающую среду может быть гораздо хуже, чем обычных выхлопных газов.

Кроме того следует учесть, что попадание на горячие части ДВС водорода, может вызвать его воспламенение. Поэтому наиболее подходящим для использования подобного топлива является роторный двигатель, в котором газ поступает в холодную часть, а потом перегоняется в горячую.

Очень большая дискуссия вообще идет по вопросу о том, имеет ли право на существование водородный автомобиль. Здесь есть несколько проблем, без решения которых не имеет смысла говорить о будущем подобной техники. Необходимо отметить, что водород сначала надо получить, для чего требуется какая-то установка. Источником для его получения может служить вода или метан.

Вот тут и возникает одна из основных проблем.

• Метан сам является хорошим энергоносителем, и подвергать его дополнительной переработке, чтобы потом сжечь готовый продукт, достаточно нерационально, можно сразу сжигать метан без лишних расходов.
• С водой картина еще интересней. Для того чтобы получить один кубический метр водорода, необходимо затратить электроэнергии в четыре раза больше, чем может выработаться при сжигании этого объема газа.
• Необходимо учесть, что при производстве водорода будут происходить выбросы вредных веществ, и что окажется лучше – неизвестно. Вместо выброса выхлопных газов автомобиля будут образовываться свои отходы при получении газа.
• Кроме того, очень проблематичной является вопрос хранения. Он до сих пор не решен, водород способен проникать через любой материал, и хранить его надо в жидком виде, а это еще дополнительные затраты, и не маленькие, которые необходимо прибавить к тем, что понесены на этапе получения. А при утечках газа образуется взрывоопасная смесь с воздухом.

Следующей проблемой, практически ставящей крест на использовании водорода в качестве топлива для автомобиля, является отсутствие соответствующей инфраструктуры. Под этим необходимо понимать в первую очередь сеть заправочных станций.

Так что из уже сказанного должно быть ясно, что водород не является альтернативным источником энергии, во всяком случае, пока не будет реализован способ его дешевого получения. И мифы о светлом будущем водородной энергетики – просто один из методов борьбы крупных корпораций между собой.

А все-таки попробовать можно – водородный генератор для автомобиля

Несмотря на такой безрадостный вывод о водородной энергетике в промышленном масштабе, можно попробовать использовать вариант получения, так называемого газа Брауна непосредственно на автомобиле. По сути, это тот же самый водород, результат электролиза воды, только проведенного на машине. Под капотом монтируется специальная установка, генератор водорода, питание на которую подается от бортовой сети.

Понятно, что при прочих равных условиях мощность, расходуемая на движение, уменьшится, часть энергии будет дополнительно тратиться на производство газа. Но результаты, полученные в ходе многочисленных испытаний, показывают, что подобная установка позволяет экономить до тридцати процентов бензина.

Как устроен такой генератор, позволяет понять рисунок. Пример изготовления простейшего его варианта показан на видео

и

Его основу составляют металлические электроды, часть из которых подсоединена к плюсу, а часть к минусу б/с. Внутрь залита вода (синяя стрелка) а из емкости выходит газ Брауна (голубая стрелка). Через шланг газ подается во впускной патрубок ДВС.

Как реально подобная установка располагается под капотом, видно на фото.

Вот такой небольшой генератор газа Брауна позволит любой автомобиль сделать немного ближе к творениям концерна Toyota или BMW, получая некоторую экономию бензина.

Правда споры по поводу того, получает ли владелец выгоду от такого устройства, не стихают. Одни утверждают что генератор того стоит, другие оперируя формулами и прочими доводами, доказывают что это миф, и на самом деле от водородного генератора нет никакого толку.

Водород считают горючим будущего, но так ли это? Для его повсеместного использования существует множество проблем, и хотя ведущими автопроизводителями, такими например, как Toyota, в этом направлении прилагаются значительные усилия, есть определенные сомнения, что в ближайшем времени водород сможет заменить бензин. Но есть мнение, что если использовать простейший генератор газа Брауна, то вполне возможно добиться экономии бензина на своем автомобиле, не дожидаясь прихода водородной энергетики.

Мне нравится1Не нравится

Что еще стоит почитать

BMW Group представил водородную силовую установку BMW i Hydrogen NEXT

Силовые установки на альтернативном топливе — одно из приоритетных направлений для концерна. BMW Group представляет водородную силовую установку BMW i Hydrogen NEXT с нулевым уровнем выбросов.

Особенности силовой установки BMW i Hydrogen NEXT

Силовая установка электрического BMW i Hydrogen NEXT состоит из модуля eDrive пятого поколения с буферным аккумулятором, топливного элемента и преобразователя напряжения. Пиковая мощность силовой установки — 275 кВт (374 л.с.), это гарантирует фирменную динамику BMW и удовольствие за рулем. На борту автомобиля два бака, в которых под давлением 700 бар хранится 6 кг водорода. Этого достаточно для большого запаса хода независимо от погодных условий. Полная заправка водородом занимает 3–4 минуты.

Электрохимический генератор в составе топливного элемента выдает мощность 125 кВт (170 л.с.). В качестве топлива используется смесь водорода и кислорода из окружающего воздуха, вместо вредных выбросов система вырабатывает водяной пар. Преобразователь напряжения регулирует потоки от топливного элемента, аккумуляторной батареи и кинетическую энергию, выделяемую при торможении.

В 2022 году концерн планирует выпустить небольшую тестовую партию BMW i Hydrogen NEXT, а серийная версия появится на рынке не раньше второй половины текущего десятилетия.

Перспективы транспорта на водороде

Концерн BMW Group уверен в потенциале топливных элементов в долгосрочной перспективе. В данный момент появлению серийного водородного автомобиля BMW препятствует ряд факторов. Водород должен производиться в достаточных количествах для снижения его стоимости. Существуют сложности с инфраструктурой. К моменту появления серийной версии BMW i Hydrogen NEXT концерн планирует снизить стоимость водородной силовой установки. Остаются в силе планы по выпуску к 2023 году 25 электрифицированных моделей, из которых не меньше 12 полностью на электротяге.

Клаус Фрёлих, член совета директоров BMW AG, ответственный за разработки: «Мы убеждены, что альтернативные силовые установки будут существовать параллельно с традиционными ДВС, гибридами и электромобилями. Это обусловлено отсутствием единого решения, которое удовлетворит все потребности клиентов. Технология водородных топливных элементов может стать четвертым направлением развития наших силовых установок в долгосрочной перспективе».

Сотрудничество с Toyota Motor Corporation

С 2013 года BMW Group работает над развитием водородных силовых установок совместно с Toyota Motor Corporation. Два производителя объединили усилия в работе над топливными элементами, масштабируемыми модульными компонентами и адаптацией технологии для массового производства. В 2017 году BMW Group стал одним из инициаторов создания Водородного совета, в который входит свыше 80 компаний-участников.

Также BMW Group участвует в исследовательском проекте BRYSON. Помимо концерна, в него вовлечены Мюнхенский университет прикладных наук, Технический университет Дрездена, компании Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH и WELA Handelsgesellschaft mbH. Цель проекта BRYSON — разработать новаторские резервуары для хранения водорода под высоким давлением, пригодные для интеграции в архитектуру транспортных средств.

Автомобиль на водороде. Пора ли прощаться с бензином? / Блог компании Toshiba / Хабр

Привет, Хабр! К нашей прошлой статье о водородной энергетике вы написали очень интересные и справедливые комментарии, ответы на которые вы сможете найти в этом материале, посвященном использованию водорода в автомобилях.

Действительно, в сравнении с бензином водород — одна сплошная проблема: его очень трудно хранить и непросто получать, он взрывоопасен, а водородные автомобили в разы дороже бензиновых. Но при этом водород считается наиболее перспективным видом альтернативного топлива для транспорта. К тому же, на производство водородных автомобилей инвесторы готовы тратить многомиллиардные инвестиции.

Приговор бензину уже подписан

Согласно последнему отчету BP

Statistical Review of World Energy 2018

, мировые разведанные запасы нефти составляют 1,696 млрд баррелей, чего при сохранении текущего уровня потребления хватит лет на пятьдесят. Неразведанные запасы нефти, предположительно, дадут нам еще полвека углеводородной энергетики, но и стоимость ее добычи может оказаться такой, что нефть попросту станет невыгодна в сравнении с другими источниками энергии. Когда месторождения с удобной добычей истощатся, цена на сырье автоматически пойдет вверх: если сейчас стоимость добычи барреля в России некоторыми

оценивается в 2-3 доллара

(по альтернативным оценкам,

в 18 долларов

), то для сланцевой нефти это уже 30-50 долларов. А впереди у человечества реальная перспектива перейти на добычу шельфовой и арктической нефти, цена которой будет еще выше.

Всплеск интереса к электротранспорту в 70-х годах XX века возник как раз на фоне скачкообразного роста цен на нефть из-за политического кризиса — недостатка в сырье не было, но четырехкратный рост цен мгновенно сделал бензиновые автомобили и нефтяную энергетику роскошью.

А еще на пути бензиновых авто встали более спорные препятствия — забота об экологии в городах и странах, где автомобильный выхлоп стал проблемой. Из-за этого, например, Германия приняла резолюцию о запрете производства автомобилей с ДВС с 2030 года. Франция и Великобритания обещают отказаться от углеводородного топлива до 2040 года. Нидерланды — до 2030 года. Норвегия — до 2025 года. Даже Индия и Китай рассчитывают запретить продажи дизельных и бензиновых авто с 2030 года. Париж, Мадрид, Афины и Мексика запретят к использованию дизельные машины с 2025 года.

Сжигание водорода в ДВС

Сжигание водорода в обычном двигателе внутреннего сгорания кажется самым простым и логичным способом применения газа, ведь водород легко воспламеняется и сгорает без остатка. Однако из-за разницы в свойствах бензина и водорода перевести ДВС на новый вид топлива оказалось не так-то просто. Сложности возникли с долгосрочной эксплуатацией движков: водород вызывал перегрев клапанов, поршневой группы и масла, из-за втрое большей, чем у бензина, теплоты сгорания (141 МДж/кг против 44 МДж/кг). Водород неплохо показывал себя на низких оборотах движка, но при росте нагрузки возникала детонация. Возможным решением проблемы была замена водорода на бензиново-водородную смесь, концентрация газа в которой динамически уменьшалась по мере роста оборотов двигателя.

Двухтопливная BMW Hydrogen 7 в кузове E65 сжигает водород в ДВС вместо бензина

Источник: Sachi Gahan / Flickr

Одним из немногих серийных автомобилей, где водород сжигался в ДВС подобно другому топливу, стал BMW Hydrogen 7, вышедший всего в 100 экземплярах в 2006–2008 годах. Модифицированный шестилитровый ДВС V12 работал на бензине или водороде, переключение между видами топлива происходило автоматически.

Несмотря на успешное решение проблемы перегрева клапанов, на этом проекте все равно поставили крест. Во-первых, при сжигании водорода мощность двигателя падала примерно на 20% — с 260 л. с. на бензине до 228 л. с. Во-вторых, 8 кг водорода хватало всего на 200 км пробега, что в разы меньше, чем в случае с дизельными элементами. В-третьих, Hydrogen 7 появился слишком рано — когда «зеленые» автомобили еще не были так актуальны. В-четвертых, ходили упорные слухи, что Агентство по охране окружающей среды США не разрешило называть Hydrogen 7 автомобилем без вредного выхлопа — из-за особенностей работы ДВС, частицы моторного масла попадали в камеру сгорания и там воспламенялись вместе с водородом.

Mazda RX-8 Hydrogen RE — тот случай, когда водород загубил всю динамику роторного двигателя. Источник: Mazda

Еще раньше, в 2003 году, была представлена двухтопливная Mazda RX-8 Hydrogen RE, добравшаяся до заказчиков только к 2007 году. При переходе на водород от мощности легендарного роторного RX-8 не оставалось и следа — мощность падала с 206 до 107 л. с., а максимальная скорость — до 170 км/ч.

BMW Hydrogen 7 и Mazda RX-8 Hydrogen RE были лебединой песней водородных ДВС: к моменту появления этих автомобилей стало окончательно ясно, что куда эффективней использовать водород в давно известных топливных элементах, чем просто жечь.

Топливные элементы в автомобилях

Первым успешным экспериментом по созданию транспортного средства на водородном топливном элементе можно считать трактор Гарри Карла, построенный в 1959 году. Правда, замена дизеля на топливный элемент снизила мощность трактора до 20 л. с.

В последние полвека водородный транспорт выпускался в штучных экземплярах. Например, в 2001 году в США появился автобус Generation II, водород для которого производился из метанола. Топливные элементы создавали мощность до 100 кВт, то есть около 136 л. с. В том же году российский ВАЗ представил «Ниву» на водородных элементах, известную под именем «Антэл-1». Электродвигатель выдавал мощность до 25 кВт (34 л. с.), разгонял авто максимум до 85 км/ч и на одной заправке работал 200 км. Единственный произведенный автомобиль остался «лабораторией на колесах».

Российский автомобиль на водородных топливных элементах — в то время технологии ушли дальше дизайна. Источник: «АвтоВАЗ»

В 2013 году Toyota встряхнула автомобильный мир, представив модель Mirai на водородных топливных элементах. Уникальность ситуации была в том, что Toyota Mirai был не концепт-каром, а готовым к серийному производству автомобилем, продажи которого начались уже год спустя. В отличие от электромобилей на аккумуляторах, Mirai сама вырабатывала электричество для себя.

Toyota Mirai. Источник: Toyota

Электродвигатель переднеприводной Mirai имеет максимальную мощность 154 л. с., что немного для современного электромобиля, но весьма неплохо в сравнении с водородными авто прошлого. Теоретический запас хода на 5 кг водорода составляет 500 км, фактический — около 350 км. Tesla Model S по паспорту может пройти 540 км. Вот только на заправку полного бака водорода уходит 3 минуты, а батарея Tesla заряжается до 100% за 75 минут на станциях Tesla Supercharger и до 30 часов от обычной розетки на 220 В.

Постоянный ток из 370 водородных топливных элементов Mirai преобразуется в переменный, а напряжение увеличивается до 650 В. Максимальная скорость машины достигает 175 км/ч — немного в сравнении с углеводородным топливом, но более чем достаточно для повседневной езды. Для запаса энергии используется никель-металл-гидридный аккумулятор на 21 кВт∙ч, в который передаётся избыток от топливных элементов и энергия рекуперативного торможения. Учитывая японские реалии, при которых населённые пункты могут в любой момент пострадать от землетрясения, в багажнике Mirai 2016-го модельного года установлен разъем CHAdeMO, через который можно организовать электроснабжение небольшого частного дома, что делает автомобиль генератором на колёсах с предельной ёмкостью 150 кВт∙ч.

Кстати, всего за несколько лет Toyota удалось значительно уменьшить массу генератора: если в начале века в прототипах он весил 108 кг и выдавал 122 л. с., то в Mirai топливный элемент вдвое компактней (объем 37 литров) и весит 56 кг. Справедливо будет прибавить к этому 87 кг топливных баков.

Для сравнения, популярный современный турбомотор Volkswagen 1.4 TSI схожей с Mirai мощностью 140–160 л.с. славится своей «лёгкостью» благодаря алюминиевой конструкции — он весит 106 кг плюс 38–45 кг бензина в баке. Кстати, батарея Tesla Model S весит 540 кг!

За 4 км пробега Mirai вырабатывает только 240 мл дистиллированной, относительно безопасной для питья воды — энтузиасты, пробовавшие «выхлоп» Mirai, сообщали только о лёгком привкусе пластика.

Пить воду, слитую из Mirai, безопасно, хотя сперва зрелище шокирует

В Toyota Mirai установлено сразу два бака для водорода на 60 и 62 литра, в сумме вмещающих 5 кг водорода под давлением 700 атмосфер. Toyota разрабатывает и производит водородные баки самостоятельно вот уже 18 лет. Бак Mirai сделан из нескольких слоёв пластика с углеволокном и стеклотканью. Использование таких материалов, во-первых, повысило стойкость хранилищ к деформации и пробитию, а, во-вторых, решило проблему наводораживания металла, из-за которого стальные баки теряли свои свойства, гибкость и покрывались микротрещинами.

Строение Toyota Mirai. Спереди расположен электродвигатель, топливный элемент спрятан под водительским сидением, а под задним рядом и в багажнике установлены баки и аккумулятор. Источник: Toyota

Каковы перспективы?

По

оценкам Bloomberg

, к 2040 году автомобили будут потреблять 1900 тераватт-час вместо 13 млн баррелей в сутки, то есть 8% от спроса на электричество по состоянию на 2015 год. 8% — пустяк, если учесть, что сейчас до 70% добываемой в мире нефти уходит на производство топлива для транспорта.

Перспективы рынка аккумуляторных электромобилей куда более явные и впечатляющие, чем в случае с водородными топливными ячейками. В 2017 году рынок электромобилей составлял 17,4 млрд долларов, в то время как водородный автомобильный рынок оценивался в 2 млрд долларов. Несмотря на такую разницу, инвесторы продолжают интересоваться водородной энергетикой и финансировать новые разработки.

Примером тому является созданный в 2017 году «Водородный совет» (Hydrogen Council), включающий 39 крупные компании, таких как Audi, BMW, Honda, Toyota, Daimler, GM, Hyundai. Его целью является исследование и разработка новых водородных технологий и их последующее внедрение в нашу жизнь.

Водородная бомба Мир нашел новую альтернативу нефти и газу. Она обойдется в сотни миллиардов долларов: Госэкономика: Экономика: Lenta.ru

Бум на зеленую энергетику уже давно сопровождается попытками найти замену привычным, но совершенно не экологичным углеводородам. Одним из кандидатов на эту роль стал водород. На него делают ставку Европейский союз, Китай, США, Япония и многие другие страны. Суммарная стоимость всех проектов, реализуемых сегодня в области водородной энергетики, достигла уже 90 миллиардов долларов. Объем планируемых инвестиций в последующие 30 лет только лишь от ЕС — до 470 миллиардов евро. В то же время на пути водородной революции пока немало препятствий — в частности, дороговизна производства, нехватка чистой воды и неразвитость систем доставки. Перспективы h3 как главного топлива будущего — в материале «Ленты.ру».

Главная проблема любого ископаемого источника энергии — ограниченность его объемов. Рано или поздно закончатся и нефть, и газ, и уголь. Существующие возобновляемые источники энергии — ветер, солнце и вода — пока не могут в достаточной степени заменить углеводороды. А вот водород в теории может. Водород практически не встречается на Земле в чистом виде, однако его можно извлечь из большого числа распространенных ресурсов: воды, метана, каменного угля, биомассы, водорослей и даже мусора.

Водород научились получать еще в начале XIX века, но до конца XX века повсеместно использовать водород в качестве устойчивого источника энергии было невозможно. Газогенераторные установки были массивными и требовали топлива для работы. Вторая проблема — такой водород нельзя назвать чистым, так как газогенераторы оставляют углеродный след.

Фото: Public Domain / Wikimedia

Важный шаг к превращению водорода в распространенный источник энергии произошел в 1959 году — американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company создала трактор с силовой установкой, работавшей на так называемых топливных элементах. Принцип работы такой установки прост: запасенный в баллонах водород вступает в химическую реакцию с кислородом, в результате чего выделяется электричество, которое питает электромотор. Помимо этого топливные элементы выделяют в атмосферу побочные продукты, безвредные для окружающей среды, — тепло и водяной пар.

Топливные элементы можно использовать для получения электроэнергии в промышленных масштабах, а выделяемое в процессе реакции тепло — для обогрева зданий. Кроме того, они гораздо компактнее газогенераторной установки, поэтому их можно установить на борту любых транспортных средств. Теоретически топливные элементы могут сделать водород основой топливно-энергетического комплекса (ТЭК), но для этого нужно решить две проблемы.

Фото: Kim Hong-Ji / Reuters

Первая — углеродный след при получении водорода. Топливные элементы обеспечивают нулевой выброс лишь в процессе получения электричества, но для их работы нужен водород. Эту проблему можно решить с помощью электролиза воды: под воздействием электрического тока дистиллированная вода распадается на кислород и водород. Процесс вообще может быть замкнутым: полученное в топливных элементах электричество используется в том числе для получения водорода.

При этом водород, полученный путем электролиза, еще и подразделяют на «желтый» и «зеленый»: для производства первого используется атомная энергия, второго — возобновляемые источники энергии. Таким образом, по-настоящему экологичным водородом многие страны признают лишь «зеленый» подвид.

Второе серьезное препятствие на пути повсеместного внедрения топливных элементов — их высокая цена. На рубеже XX и XXI веков свои автомобили на топливных элементах показали BMW, General Motors, Honda, Hyundai, Toyota и даже «АвтоВАЗ», но о серийном производстве речи еще не шло. В 2008 году Honda выпустила небольшую партию седанов FCX Clarity с водородными топливными элементами, которую сдавали в лизинг (одновременно и аренда, и аналог целевого кредита) в Калифорнии за 600 долларов в месяц. При этом производство каждого автомобиля обходилось Honda в миллион долларов.

Материалы по теме

00:02 — 30 сентября 2020

На обочине

Конкурента Tesla обвинили в грандиозной лжи. Слава и миллиарды соперника Илона Маска тают на глазах

00:02 — 13 января

Опомнились

Запад решил отказаться от нефти и газа и уже нашел им замену. Готова ли к этому Россия?

В 2014 году Toyota начала продажи Mirai — первого в мире серийного автомобиля на водородных топливных элементах. Два года спустя в продажу поступило второе поколение Honda FCX Clarity, но объемы продаж оставались скромными. Toyota за все время производства реализовала около десяти тысяч Mirai.

Параллельно топливные элементы начали использовать и в других видах транспорта. В 2017 году в Германии на маршрут вышел пассажирский поезд на водородных топливных элементах Coradia iLint. Причем работает он на линиях, которые не электрифицированы, — поезд на топливных элементах заменил дизельные тепловозы. С 2008 года по Альстеру, притоку Эльбы, ходят суда на водородных топливных элементах. Существуют и прототипы самолетов с аналогичными силовыми установками.

Однако и Toyota, и другие производители уверены, что в ближайшем будущем себестоимость автомобилей на топливных элементах будет не выше, чем у машин с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). В 2020 году японский автогигант представил второе поколение модели и планирует увеличить продажи в десять раз.

Сразу несколько игроков включились в борьбу за рынок тяжелых грузовиков на топливных элементах. Hyundai в рамках программы Hydrogen Mobility к 2025 году планирует поставить клиентам в Европе 1600 грузовиков на топливных элементах. Toyota совместно с Kenworth начала испытания водородного грузовика еще в 2017 году, а два года спустя поставила несколько машин в порт Лос-Анджелеса. Наконец, одним из главных генераторов новостей стал американский стартап Nikola, который занимается разработкой грузовиков на топливных элементах. Компания обещала начать их производство к 2023 году.

Исследовательский центр Bloomberg New Energy Finance (BNEF) оценивает все реализуемые сегодня проекты в области водородной энергетики в сумму свыше 90 миллиардов долларов. Институт экономики энергетического сектора и финансового анализа (IEEFA), в свою очередь, насчитал десятки строящихся установок электролиза на базе ВИЭ суммарной мощностью 50 ГВт и стоимостью 75 миллиардов долларов.

Главным инициатором отказа от ископаемых источников энергии и перехода на водород выступают страны Большой семерки, которые в 2015 году, еще до подписания Парижского соглашения, договорились полностью избавиться от ископаемого топлива к концу века. Европейский союз еще более оптимистичен: в 2019 году был принят «Зеленый пакт для Европы» (The European Green Deal), согласно которому ЕС должен добиться нулевого выброса парниковых газов и отказа от ископаемых источников энергии уже к 2050 году. Особую роль в его реализации должен сыграть водород.

Фото: Bernd von Jutrczenka / Getty Images

В июле 2020 года Еврокомиссия представила «Водородную стратегию для климатически нейтральной Европы». Она предусматривает конкретные шаги по развитию водородной энергетики. Приоритетным направлением станет именно «зеленый» водород. Но на первом этапе, чтобы быстрее уменьшить выбросы парниковых газов, будет использоваться и низкоуглеродистый водород — произведенный на основе ископаемого топлива, например, каменного угля, но с улавливанием углерода.

К 2030 году, согласно стратегии, на территории Евросоюза будут работать электролизеры суммарной мощностью 40 ГВт для производства «зеленого» водорода, а еще 40 ГВт будут производить электролизеры в соседних странах для экспорта водорода в ЕС. Для сравнения: общая мощность всех электростанций России составляет около 250 ГВт. Производство же самого «зеленого» водорода достигнет 10 миллионов тонн. По оценкам ЕК, к 2050 году возобновляемый водород в Европе может потребовать от 180 до 470 миллиардов евро инвестиций. Пока же на энергию на базе водорода приходится менее 1 процента всего энергопотребления в Евросоюзе.

Не менее амбициозные планы у Китая: в стране надеются, что к 2040 году водород будет составлять 10 процентов всей китайской энергосистемы. На протяжении долгих лет КНР была мировым лидером по производству водорода и занимала около одной трети мирового рынка. Но речь идет о высокоуглеродистом водороде, который получают из угля и нефти без улавливания углерода. Это приводит к тому, что цена килограмма водорода в Китае одна из самых низких в мире — около 9 юаней (1,15 евро).

Для сравнения: ориентировочная стоимость ископаемого водорода в ЕС сегодня составляет около 1,5 евро за килограмм. Предполагаемые затраты на ископаемый водород с улавливанием и хранением углерода составляют около 2 евро за килограмм. А килограмм «зеленого» водорода, в свою очередь, обойдется в 2,5-5,5 евро.

Однако обязательство стать климатически нейтральным к середине века заставляет Китай переориентироваться на производство экологически чистого водорода. К тому же, по расчетам Института Роки-Маунтин (RMI), американской некоммерческой организации, консультирующей по вопросам энергетического перехода, Китай может стать углеродно-нейтральным к середине века без ущерба для экономического роста. Институт утверждал, что «Китай имеет хорошие возможности для получения технологического конкурентного преимущества от перехода к чистым нулевым выбросам», и призвал страну поддержать электролиз водорода.

Электролизер

Кадр: Realstrannik.com

Соседи — Южная Корея и Япония — также намерены развивать водородную индустрию. Первая планирует наладить производство топливных ячеек общей мощностью 40 ГВт, а также выпустить более 6 миллионов водородных автомобилей к 2040 году. Вторая уже построила «зеленую» водородную фабрику в Фукусиме, одну из крупнейших в мире. А Саудовская Аравия при технологической поддержке американской компании Air Products строит в своем «городе будущего» Неоме гигантскую зеленую электролизную установку стоимостью 5 миллиардов долларов и производительностью 650 тонн водорода в сутки.

Вероятно, крупнейший водородный проект современности реализуется в настоящее время в Австралии. В «Азиатском хабе возобновляемой энергии» в горнопромышленном центре Пилбара строятся солнечные и ветровые электростанции общей площадью 6,5 тысячи квадратных километров. Они будут производить более 50 тераватт-часов зеленой энергии, большая часть которой пойдет на производство водорода. Проект стоимостью 16 миллиардов долларов планируется запустить в 2027 году.

Что касается России, то возрастающая роль водорода в мировой энергетике на первый взгляд сулит ей потерю доли на рынке. В действительности же есть шанс не только сохранить, но и упрочить свои позиции. Министр энергетики Александр Новак заявил, что Россия уже договаривается с Германией о совместных исследованиях по производству зеленой энергии — в частности, водорода. Новак подчеркнул, что, на его взгляд, углеводороды продолжат играть ключевую роль в мировой энергетике, а вот энергетический баланс в Европе может измениться.

Действительно, «водородная стратегия» ЕС подразумевает импорт огромных объемов водорода, а у России уже есть каналы его поставки. Например, для импорта водорода в Германию можно использовать существующую сеть газопроводов — в частности, газопроводы OPAL и Eugal, сухопутные продолжения «Северного потока» и «Северного потока 2». Gascade, немецкая дочка «Газпрома», на словах подтвердила принципиальную готовность использовать свои газопроводы для транспортировки водорода.

Александр Новак

Фото: Александр Миридонов / «Коммерсантъ»

Таким образом, у России уже есть покупатель водорода и возможности по его транспортировке. Однако мощностей по производству водорода, тем более экологически чистого, в стране нет. Решить эту проблему должна дорожная карта «Развитие водородной энергетики в России» на 2020-2024 годы. Главную роль в ее реализации должны сыграть «Росатом» и «Газпром». Уже в 2024 году «Росатом» должен запустить пилотные водородные установки на атомных станциях и построить опытный полигон для испытаний водородных поездов. «Газпром», в свою очередь, должен в 2021 году разработать и испытать газовую турбину на метано-водородном топливе, а затем изучать возможности применения водорода в двигателях различных транспортных средств и в газовых установках — газотурбинных двигателях и газовых бойлерах.

Интерес к теме водорода проявляет и «НОВАТЭК». Компания объявила о подписании меморандума о взаимопонимании в целях изучения и оценки возможностей развития производственно-сбытовой цепочки поставок водорода с немецкой компанией Uniper. Компании рассматривают возможность поставки «голубого» водорода, произведенного из природного газа с дальнейшим улавливанием и хранением CO2, а также «зеленого» водорода.

По оценкам BofA Securities, к 2050 году стоимость мирового рынка «зеленого» водорода составит 2,5 триллиона долларов. Кроме того, будет создано не менее 30 миллионов рабочих мест. Однако не все разделяют столь оптимистичные прогнозы. Аналитики из Rystad Energy считают, что до водородного триумфа в энергетике еще далеко — лишь половина из запущенных в мире «зеленых» водородных проектов будет реализована до 2035 года. При этом подавляющему большинству проектов потребуется господдержка.

Помимо того, что чистая водородная энергетика требует огромных капиталовложений, существует проблема, связанная с недостатком ключевого сырья — чистой воды. По оценкам экспертов Oilprice, для производства одной тонны водорода методом электролиза нужно девять тонн воды. При этом она требует специальной подготовки и очистки. Например, чтобы подготовить одну тонну деминерализованной воды, пригодной для электролиза, нужно две тонны обычной воды. Таким образом, понадобится 18 тонн воды, чтобы произвести тонну водорода.

Фото: Spencer Platt / Getty Images

Также непонятно, как быть с транспортировкой водорода. Сейчас основные объемы этого топлива перевозятся морскими танкерами, но проблема заключается в выкипании продукта, даже несмотря на использование систем охлаждения. Существенно дешевле доставлять водород по трубам, однако запускать водород в действующие газотранспортные системы можно, только смешав его с природным газом, что означает дополнительные затраты на извлечение.

Еврокомиссия признает, что «чистый» и низкоуглеродный водород еще долго будет значительно дороже водорода, полученного из ископаемых источников энергии. Из хороших новостей: за последние пять лет стоимость технологии электролиза упала на 40 процентов и продолжает снижаться. BloombergNEF прогнозирует, что к 2050 году «зеленый» водород при цене доллар за килограмм станет выгоднее газа на мировых рынках и сможет конкурировать с самым дешевым углем. Но это через 30 лет, а пока путь превращения водорода в главный энергоноситель планеты только начинается.

Водородная установка

Устройство позволяет сократить расход топлива автомобиля до 37%, повышает мощность двигателя и продлевает срок его службы. Кроме этого, установка снижает выброс вредных веществ в атмосферу согласно ЕВРО-4. Установка занимает не более полутора часа. Если вы решите сменить автомобиль, переустановка займет 30-40 мину. Рекомендован к применению на любых двигателях внутреннего сгорания (карбюраторных, инжекторных, дизельных, на газовом оборудовании).

Водородная установка эффективна практически на любом виде транспорта – легковых и грузовых автомобилях, автобусах, джипах, катерах, мотоциклах и т. д. Может также с успехом использоваться на сельскохозяйственной и строительной технике.

Результат действия устройства:

— Снижение расхода топлива от 25% — 55%

— Увеличение мощности двигателя до 18%

— Снижение выброса СО и СН на 40% — 80%

— Ощищение цилиндров от углеродистых отложений

— Безопасное использование для двигателя

— Увеличивает срок службы двигателя

— Эластичная работа двигател

— Гарантия 1 год

Наш прибор генерирует водород из воды и добавляет его в воздухозаборник для значительного экономического эффекта. Формула бензина содержит примерно 18 молекул водорода. Поступающий через воздухозаборник, газ, генерируемый из воды, добавляет 2 молекулы водорода к бензину +1 молекулу кислорода в воздух, для полного сгорания топливной смеси. Водород сгорает при температуре на 130 С выше, а так же сгорает быстрее, что является еще одной причиной увеличения КПД ДВС. Водород при высокой температуре вступает в реакцию с сажей, образуя сгораемый без остатка углеводород С+2Н2-СН4.

Ваш двигатель будет очищен от вредных отложений, что чаще всего являются причиной капильного зажыгания и сбоя в стабильности работы двигателя, что в свою очередь приводит к разрушающей детонации и потере мощности.

Данный комплект состоит из электролизера, фильтра газа, расширительный бачок, шланги. Способ выделения газа основан на явлении электролиза воды.

Эту страницу так же находят по запросам:

Водородная,установка,топливо,економия,система экономии топлива,водородная установка,водородная установка +на авто,водородная установка +для автомобиля,водородная установка купить,водородная установка +для автомобиля купить,водородная установка +на авто купить

Сервис объявлений OLX: сайт объявлений в Украине

Почему водород все еще (в конце концов) имеет смысл

ИСПРАВЛЕНИЕ 5/10/2021: Тип водорода, производимый в процессе Ways2H, — это возобновляемый водород, а не голубой водород.

Мартин Тенглер, ведущий аналитик по водороду BloombergNEF из Токио, любит говорить о том, что мы находимся на пороге по крайней мере четвертого почти безумия про водород с 1974 года. Это год Road & Мартовская обложка трека рекламировала «Водород: новое и чистое топливо будущего».Вероятно, они не имели в виду более 45 лет в будущем.

Второе безумие произошло в 2005 году, когда генеральный директор Ballard Power Systems, производителя топливных элементов, сказал, что к 2010 году они будут продавать производителям автомобилей от 200 000 до 500 000 в год. Они не достигли этой отметки.

А затем был 2009 год, когда несколько производителей автомобилей подписали совместное письмо о намерениях, согласно которому к 2014 году они будут продавать сотни тысяч автомобилей с водородным двигателем. Этого тоже не произошло.

Но это следующее почти безумие может быть другим, считает Тенглер.Только за последний год прогнозируемый рост или, по крайней мере, интерес к водородной энергетике превзошел даже недавние прогнозы. В то время как большинство автопроизводителей объявили об амбициозных планах электрификации, привязанных к автомобилям с подключаемым модулем, Honda недавно позаботилась о включении автомобилей на водородных топливных элементах в свою цель по поэтапному отказу от бензиновых двигателей в Северной Америке к 2040 году. Daimler Trucks и Volvo стали партнерами в Европе, чтобы попытаться сократить расходы и сделать водород финансово оправданным для дальних перевозок.

Почему сейчас Тенглер настроен оптимистично? Тем более что Калифорния, единственное место в США.S. с водородной инфраструктурой продолжает бороться с предложением даже несмотря на скромный спрос. Потому что затраты на производство водорода начнут значительно снижаться, причем не только грязного «серого» водорода, производимого, скажем, из ископаемого топлива или электроэнергии, вырабатываемой углем, но и экологически чистого зеленого водорода.

Тенглер считает, что к 2050 году эти затраты могут сократиться на 85 процентов. Между тем, никто не прогнозирует, что бензин упадет на 85 процентов, ну, в общем, когда-либо.

К тому времени затраты могут упасть ниже 1 доллара за килограмм водорода по сравнению со средней стоимостью в 16 долларов.51 на килограмм в 2019 году. По данным EPA, водородная Toyota Mirai проезжает около 73 миль на килограмм.

Интересно, однако, что это последнее безумие, связанное с водородом, не имеет ничего общего с автомобилями. Фактически, как сказал Тенглер, «водород может быть не лучшим топливом для автомобилей». То есть по сравнению с электричеством.

То, что Тенглер и его команда прогнозистов взволновала в связи с водородом, так это его промышленное будущее, производство стали, пластика и цемента, что он делает сейчас, и питание самолетов, кораблей и поездов, чего он не делает.По словам Тенглера, во главе прогнозов по снижению затрат стоит солнечная фотоэлектрическая энергия. Solar photovoltaic, или PV, объединяет слова, обозначающие свет (фото) и электричество (гальваника). Солнечные фотоэлектрические системы — это способ преобразования солнечного света в электричество, и этот процесс также можно использовать для создания водородного топлива. «Падение стоимости солнечных фотоэлектрических систем является ключевым фактором», — сказал Тенглер, обосновывая свой энтузиазм по поводу водорода, который отражает его энтузиазм по поводу солнечной энергии.

Также его увлечение Китаем. Большинство электролизеров, которые производят водород, производятся в Китае, и подавляющее большинство солнечного оборудования производится в Китае, и ожидается, что подавляющая часть этого количества будет расти.

«Такие низкие затраты на возобновляемый водород могут полностью изменить энергетическую карту», ​​- сказал Тенглер. «Это показывает, что в будущем, по крайней мере, 33 процента мировой экономики могут быть обеспечены чистой энергией не на цент дороже, чем она платит за ископаемое топливо. Но для достижения этой технологии потребуется постоянная государственная поддержка — мы находимся на стадии сейчас высокая часть кривой затрат, и для того, чтобы добраться до нижней части, необходимы инвестиции, поддерживаемые политикой ».

Итак, солнечная энергия — одно из возможных решений для улучшения снабжения водородом.Двое других смогут добраться до Калифорнии к концу года.

WAYS2H: мусор + термохимический процесс = водород

Жан-Луи Киндлер, соучредитель и генеральный директор Ways2H, еще не практикует то, что он проповедует. «Я вожу пожирателя бензина», — сказал он. «Я люблю мой газовый пожиратель». Конечно, он хотел бы отвезти что-то, работающее на водороде, к ближайшему торговцу Джо, но имеющийся перечень автомобилей с водородным двигателем не особо привлекает любителей больших или спортивных автомобилей, но Киндлер думает, что это скоро.

И к тому времени он сможет перекачивать переработанный мусор в свой резервуар.

Компания Киндлера планирует построить относительно небольшие заводы по переработке водорода возле мусорных свалок, отделить металл от стекла и использовать остальное — от пакетов из-под молока до наполнителя для кошачьих туалетов и того, что живописно называют «осадком», — для производства возобновляемого водорода.

Почти завершенный объект в Токио, который будет преобразовывать отстой сточных вод в возобновляемый водородный газ для автомобилей на топливных элементах.Ways2H планирует представить эту технологию в Калифорнии в этом году.

TODA CORPORATION / Japan Blue Energy Co. Ltd.

Около 90 процентов сегодняшнего водорода — это «серый», производимый из электричества или ископаемого топлива. Затем водород загружается в трубчатые прицепы, буксируемые тракторными прицепами, и доставляется на заправочные станции, большинство из которых находится в Калифорнии; эта доставка — самая дорогая часть цены за килограмм. С точки зрения чистой энергии лучше использовать синий водород. («Зеленый» водород, который может быть произведен с помощью солнечной энергии, — это Святой Грааль.)

Нефтеперерабатывающие заводы Kindler используют химический процесс для выработки необходимого тепла — не электричества или нефти — до температуры 1200-1300 градусов по Фаренгейту — в бескислородной атмосфере. «Совершенно правдоподобно», — сказал Тенглер из BloombergNEF. «Это делается здесь, в Японии».

Первый нефтеперерабатывающий завод Kindler Ways2H поступает из Японии, три контейнера отправятся на борт в июне и могут производить водород из мусора в Калифорнии к концу года. Где в Калифорнии? Он не готов сказать.Более крупные системы будут построены на месте, но Киндлер хотел начать с меньшей, чтобы проиллюстрировать ее переносимость. Сначала это будет скромная операция: вывоз мусора из общины, где он расположен, а затем возвращение водорода в город для подачи энергии.

Система Ways2H стандартного размера «перерабатывает 24 тонны отходов в день, чтобы получить от 1 до 1,5 тонн водорода», — сказал Киндлер, — этого достаточно, чтобы заполнить баки от 200 до 300 легковых автомобилей.

«Знаете ли вы, что в Америке 30 000 водородных вилочных погрузчиков?» он сказал.Мы не. Но в этом есть смысл — никакого загрязнения внутри склада и никакого простоя на три-четыре часа, пока они перезаряжают свои батареи.

Киндлер сказал, что нефтеперерабатывающие заводы масштабируемы и могут быть значительно увеличены для производства коммерческого водорода, который может быть продан. Крупный заказчик? Индустрия дальних грузоперевозок, которая активно работает над водородными автомобилями.

И, для Киндлера, может быть, большой, удобный пожиратель водорода, как только кто-нибудь его сделает.

POWERTAP: Производство водорода на месте на заправочных станциях.

Если вы смотрели открытие сезона IndyCar в парке Barber Motorsports Park в Алабаме 18 апреля, возможно, вы видели некоторых членов экипажа Andretti Autosport с надписью PowerTap на спине формы. Это был тихий выход для компании, которая заявляет, что планирует открыть 500 водородных заправочных станций в ближайшие несколько лет, начиная с 29 в Калифорнии, на существующих станциях, принадлежащих гонщикам-бизнесменам Марио и Майклу Андретти.

В отличие от существующих станций, PowerTap планирует построить небольшие здания на существующих станциях, в которых будет размещаться оборудование для производства водорода.Он будет использовать природный газ и городскую воду для производства голубого водорода, улавливания и хранения оставшегося углерода.

Визуализация завода по производству водородного топлива, запланированного PowerTap.

PowerTap

Это традиционный метод. «Эта технология возникла сто лет назад», — сказал Тенглер, и Китай производит недорогие электролизеры с впечатляющими темпами, так что покупка не такая уж высокая.

Но, как и Киндлер из Ways2H, генеральный директор PowerTap Рагху Киламби видит гораздо более быстрый путь к прибыли через рынок 18-колесных и средних грузовиков, а не через автомобили.Да, он знает о полуфабрикатах с батарейным питанием, таких как предлагаемая версия Tesla, «но я не верю, что сейчас это коммерчески жизнеспособно». Размер и вес необходимых батарей, время их зарядки, инфраструктура, необходимая для подзарядки грузовиков — водород готов, как только у водителей грузовиков есть место для его покупки. Toyota, скорее всего, первой выберет тяжелый грузовик с водородным двигателем, если Никола не наведет порядок в своем доме.

Кроме того, все, что вам нужно сделать, чтобы продать грузовик нового типа, — это убедиться, что он имеет смысл для бизнеса.«Автомобили часто становятся эмоциональной покупкой», — сказал Киламби. «Люди покупают Ferrari не потому, что они приносят доход. Грузовые компании будут покупать то, что им нужно для получения прибыли». Возможность размещать станции по производству и заправке водорода по всей стране является большим преимуществом для инициативы по водородным грузовым автомобилям — нет необходимости доставлять водород в отдаленные места по трубопроводам, по железной дороге или автомобильным транспортом.

Киламби также сказал, что его станции могут производить килограмм водорода за несколько долларов.Если он сможет продать его, скажем, по 8 долларов за килограмм, это снизит почти вдвое цену нынешних точек выхода водорода.

То, что делает возможным PowerTap, — это именно то, что, по словам Тенглера, было бы необходимым — «инвестиции, поддерживаемые политикой», или, другими словами, государственные деньги. И щедрая система углеродных кредитов Калифорнии. В какой-то момент, сказал Киламби, вы получали углеродные кредиты за то, что вы продали. Но теперь вы можете получать углеродные кредиты для инфраструктуры, как только у вас есть что продать, и это играет большую роль в финансовой стратегии PowerTap.Углеродные кредиты — это торгуемый актив, и их стоимость при администрации Байдена, вероятно, будет расти и может распространиться на другие штаты, надеется Киламби.

В сценарии «курица или яйцо» кажется, что яйцо финансируется государством до того, как оно продаст каких-либо цыплят. PowerTap будет строить станции в основном за счет частного капитала, и как только они будут построены, они соберут достаточно углеродных кредитов, чтобы их поддерживать, пока рынок водорода не догонит новые поставки.

На бумаге работает.До конца года мы могли увидеть, насколько хорошо это работает в реальном мире.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

2021 Toyota Mirai Fuel Cell Vehicle

Mirai вырабатывает электроэнергию, соединяя водород с кислородом из внешнего воздуха.

В основе Mirai водород из топливного бака и воздух, поступающий из впускной решетки, встречаются в
Стек топливных элементов.Там химическая реакция с участием кислорода воздуха и водорода создает электричество, питающее Мираи. В конце концов, единственный побочный продукт — это вода.

Ограничено показано с доступными 20-дюйм. Диски из алюминиевого сплава Super Chrome. Показан прототип автомобиля с опциями с использованием визуальных эффектов.

Заправить Mirai просто. Там же насос и форсунка, как на бензоколонке. Когда вы накачиваете
водород попадает в топливные баки, армированные углеродным волокном, где и хранится.Примерно через пять минут [mirai_fueling] вы будете готовы отправиться в путь.

Ограничено показано в Hydro Blue [extra_cost_color] с доступными 20-дюйм. Диски из алюминиевого сплава Super Chrome. Показан прототип автомобиля с опциями с использованием визуальных эффектов.

УЧИТЬ БОЛЬШЕ

Водородные топливные баки Mirai прошли тщательные испытания и доказали соответствие Глобальным техническим правилам № 13. [mirai_safety] Его топливные баки с полимерным покрытием, обернутым углеродным волокном и футерованным полимером, поглощают в пять раз больше энергии удара, чем сталь.При высокоскоростном столкновении датчики предназначены для остановки потока водорода, и любой вытекший водород быстро улетучится обратно в атмосферу.

Резервуары с водородом показаны с использованием визуальных эффектов.

Мы делаем это еще проще. Mirai поставляется с бесплатным топливом на сумму 15 000 долларов США или на 6 лет при покупке и 15 000 долларов США или на бесплатное топливо на 3 года при аренде. После покупки мы предоставим вам топливную карту, поэтому все, что вам нужно сделать, это провести пальцем, чтобы начать заправку.[mirai_comp_fuel2]

Ограничено показано в Hydro Blue [extra_cost_color] с доступными 20-дюйм. Диски из алюминиевого сплава Super Chrome. Показан прототип автомобиля с опциями с использованием визуальных эффектов.

Автомобили на водородных топливных элементах: что вам нужно знать

Помимо тонкой сети заправочных станций, есть еще одна причина низкого спроса на автомобили на водородных топливных элементах: их относительно дорого покупать. Несколько моделей автомобилей на топливных элементах, которые уже доступны на рынке, стоят около 80 000 долларов США за автомобиль среднего или высшего класса.Это почти вдвое больше, чем у сопоставимых полностью электрических или гибридных автомобилей.

Есть ряд причин, по которым автомобили на водородных топливных элементах все еще дороги. В дополнение к небольшим объемам, что означает, что производство еще предстоит индустриализировать, существует также вопрос о потребности в драгоценном металле, платине, которая действует как катализатор при выработке электроэнергии. Количество платины, необходимой для топливных элементов транспортных средств, уже значительно уменьшено. «Общая цель — снизить цены на автомобили с водородным двигателем до уровня, аналогичного цене других электромобилей», — поясняет Рюкер.

Другой причиной высокой закупочной цены является то, что автомобили на водородных топливных элементах, как правило, довольно большие, поскольку водородный бак (и) занимает много места. С другой стороны, привод для электромобиля с чисто аккумуляторным приводом также подходит для небольших автомобилей. Вот почему классические электромобили в настоящее время можно найти во всех классах автомобилей.

Помимо затрат на закупку, эксплуатационные затраты также играют важную роль в экономической эффективности и принятии двигательной технологии.В автомобилях с водородными топливными элементами эти затраты не в последнюю очередь зависят от цены на топливо. В настоящее время 1 фунт (0,45 кг) водорода стоит около 14 долларов США в США по сравнению с 4,80 доллара США в Германии (это цена, о которой договорились партнеры h3 Mobility). FCEV может проехать около 28 миль (45 км) на 1 фунте (0,45 кг) водорода.

Таким образом, стоимость километра пробега водородных автомобилей в настоящее время почти вдвое выше, чем у автомобилей с батарейным питанием, заряжаемых дома. Rücker ожидает, что эти эксплуатационные расходы сойдутся: «Если спрос на водород возрастет, цена может упасть примерно до 2 долларов США.50 долларов США за фунт (5,60 долларов США за кг) к 2030 году ».

Автомобили на водородных топливных элементах набирают обороты в Калифорнии

Заправочная станция водородом в Беркли, Калифорния — фото: California Fuel Cell Partnership

В Калифорнии находится самое большое количество электромобилей на водородных топливных элементах (FCEV) среди всех штатов и одна из крупнейших сетей водородных заправочных станций в мире. Штат был лидером в области регулирования использования водорода в качестве источника топлива для автомобилей, автобусов и грузовиков в течение почти 20 лет.

«Я буду поощрять строительство водородной магистрали, которая приведет нас к экологическому будущему», — сказал тогдашний губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер в своем обращении к штату в 2004 году. «Я намерен показать миру, что экономический рост и окружающая среда могут сосуществовать».

4 апреля 2004 года Шварценеггер подписал распоряжение о начале разработки Калифорнийского водородного плана. Заявленная цель заключалась в сокращении выбросов парниковых газов от транспорта в рамках более масштабных и образцовых усилий государства по сокращению выбросов углерода.

Но для того, чтобы построить весь транспортный сектор сверху вниз и из стороны в сторону, регулирующие органы, производители топлива, производители транспортных средств и потребители должны согласовать и сформировать экономически устойчивый рынок, что оказалось трудным. В то время как продажи электромобилей с литий-ионным двигателем резко выросли в последние годы, продажи FCEV также выросли, но по-прежнему остаются небольшими по своим масштабам.

Однако в последние годы количество производителей, производящих и продающих автомобили на водородных топливных элементах, увеличилось.Выбор моделей улучшился, а цены снизились. Доступ к топливу был ограничен, и это скоро изменится.

По данным California Fuel Cell Partnership, стоимость строительства инфраструктуры для заправки топливом в Калифорнии также начинает увеличиваться за счет эффекта масштаба. Благодаря государственному и частному финансированию в Калифорнии в настоящее время насчитывается 45 водородных станций. Еще девять находятся в стадии строительства, 36 находятся в стадии разрешения и еще 16 предлагаются.

Новая водородная установка в Неваде

Есть несколько способов получения водорода, и все они энергоемки.Выбросы углерода происходят при создании водорода, однако единственным источником выбросов FCEV является водяной пар.

По данным консалтинговой фирмы Wood McKenzie и Министерства энергетики США, мировой спрос на водород в 2020 году составил примерно 70 миллионов метрических тонн. Водород традиционно используется в нефтепереработке, производстве аммиака и стали.

Наиболее распространенным методом является процесс парового риформинга метана. В широком смысле высокотемпературный пар используется для извлечения водорода из природного газа или угля.

Несмотря на то, что водород, полученный с использованием процесса парового риформинга метана, имеет заметный углеродный след, Министерство энергетики США заявляет, что общие выбросы углерода для автомобилей с водородными топливными элементами, использующих пар-метановый водород, по-прежнему вдвое меньше, чем у автомобилей внутреннего сгорания.

Завод по производству водорода Air Liquide, открытие которого ожидается в начале следующего года в Северном Лас-Вегасе, будет производить водород из «возобновляемого природного газа, усовершенствованного из биогаза с использованием нашей передовой мембранной технологии разделения».«Предполагается, что завод будет производить 30 тонн жидкого водорода в сутки. Инвестиции Air Liquide в размере 150 миллионов долларов представляют собой большой первый шаг в расширении поставок водорода в западные США и позволяют рынку в Калифорнии продолжить рост до 200 запланированных заправочных станций водородом к 2025 году.

Электролиз

Другой, потенциально более экологичный способ получения водорода включает использование электричества для удаления воды с целью отделения молекул водорода, процесс, известный как электролиз.По данным консалтинговой фирмы Wood Mackenzie, почти весь водород в настоящее время производится из природного газа или угля с использованием процесса паровой конверсии метана, но в Калифорнии закон требует, чтобы 40 процентов всего водорода, продаваемого на финансируемых государством станциях, производилось с использованием не — исходный углеводородный материал и энергия из возобновляемых источников, таких как солнечная, геотермальная и ветровая.

Калифорнийский стандарт чистой энергии для производства водорода подразумевает, что штат поощряет производство водорода перейти от использования углеводородов к более чистым средствам, таким как электролиз для сбора молекул водорода.

Сейчас на рассмотрении находится такой закон, как SB18, и законодатели Калифорнии работают над тем, чтобы водородное топливо окончательно приблизилось к отрасли с нулевыми выбросами углерода.

Калифорния закладывает основу для других регионов страны для внедрения проверенных технологий и расширения использования технологий водородных топливных элементов. Грузовые перевозки, как местные, так и дальние, могут в первую очередь помочь распространить водородную инфраструктуру за пределы Калифорнии.

California Fuel Cell Partnership состоит из крупнейших производителей автомобилей на планете, включая Toyota, GM, Honda, Hyundai, Ford, Audi, Nissan и другие.Партнерство также включает Министерство энергетики США, национальные лаборатории и академические учреждения.

Чтобы взглянуть на водород как источник автомобильного топлива во всем мире, мы поговорили с Китом Мэлоун, представителем California Fuel Cell Partnership.

См. Музыкальные титры ниже.

В чем разница между электромобилем с батарейным питанием и электромобилем на топливных элементах?

В электромобиле с питанием от литиевой батареи батарея накапливает электричество, которое приводит в действие электродвигатель.В зависимости от системы зарядки перезарядка литиевой батареи может занять несколько часов.

Водородный топливный элемент с помощью электрохимического процесса преобразует водород в электричество. Электричество от топливного элемента приводит в движение электродвигатель. Бак для водорода можно заправить за пять минут, а полный бак обеспечивает запас хода, аналогичный газовым автомобилям.

Каждый FCEV, доступный в Калифорнии, поставляется с топливными талонами на сумму 15 000 долларов и, в зависимости от дохода, скидкой от 4500 до 7 000 долларов в рамках проекта California Clean Vehicle Rebate Project.

The Totota Mirai —

Hyundai Nexo —

Honda Clarity —

GM hydrotech для транспортных средств, железнодорожного и морского транспорта —

Аудиосистема h-tron quattro —

Nissan X-Trail FCV —

Мерседес-Бенц GLC F-Cell —

Nikola Energy FCEV Semi —

Музыкальных баллов в соответствии с отчетом Public Radio Exchange в порядке появления

Песня: Open The Light
Исполнитель: Boards of Canada
Альбом: Музыка имеет право детей
Лейбл: Warp Records
Дата: 1996
Продолжительность: 3:07

Песня: Eyesdown
Исполнитель: Bonobo
Альбом: Black Sands
Лейбл: Ninja Tune
Дата: 2010
Продолжительность: 53

Песня: Animals
Исполнитель: Bonobo
Альбом: Black Sands
Этикетка: Ninja Tune
Дата: 2010
Продолжительность: 2:14

Песня: Chic Punk
Исполнитель: Montefroid
Альбом: Trip Hop Chilled Electronica
Лейбл: Native State Records
Дата: 2007
Продолжительность: 1:22

Песня: Rue The Whirl
Исполнитель: Boards of Canada
Альбом: Музыка имеет право на детей
Лейбл: Warp Records
Дата: 1996
Продолжительность: 1:12

Песня: Sweet as He Could Be
Исполнитель: Tonisterical
Альбом: Trip Hop Chilled Electronica
Лейбл: Native State Records
Дата: 2007
Продолжительность: 1:22

Песня: D Song
Исполнитель: Bonobo
Альбом: Наберите «M» для Monkey
Этикетка: Ninja Tune
Дата: 2003
Продолжительность: 1:24

Песня: Cirrus
Исполнитель: Bonobo
Альбом: The North Borders
Лейбл: Ninja Tune
Дата: 2017
Продолжительность: 1:15

Песня: Moko Le Dzen (Ruf Dug Disco Dub)
Исполнитель: The Jagger Botchway Group
Альбом: Odze Odze
Лейбл: Cultures of Soul Records
Дата: 2016
Продолжительность: 1:09

Toyota сделает модули топливных элементов для Водородные большие установки на заводе в Кентукки

Toyota готовится поставить грузовики на водородных топливных элементах в Северную Америку после многих лет испытаний прототипов.

Тойота Мотор, Хино

Toyota, которая десятилетиями стремилась коммерциализировать водородные электромобили, намеревается производить модули топливных элементов на своем крупном автосборочном заводе в Кентукки для использования в больших установках с нулевым уровнем выбросов и тяжелых коммерческих транспортных средствах.

Автопроизводитель заявил, что он создает специальную линию на своем заводе в Джорджтауне, Кентукки, который начнет сборку электрохимических устройств в 2023 году. Toyota сообщила, что модули с двумя топливными элементами производят 160 киловатт непрерывной электроэнергии и являются частью двигательной системы, которая включает в себя мощный аккумулятор, электродвигатели и водородные баллоны, поставляемые компаниями-партнерами.Toyota работает со своим дочерним предприятием по производству грузовиков Hino над водородными полуфабрикатами, а также будет поставлять модули топливных элементов, произведенные в Кентукки, другим производителям.

«Мы внедряем нашу проверенную электрическую технологию в совершенно новый класс серийных автомобилей», — говорится в заявлении Тетсуо Огава, президента и генерального директора Toyota Motor North America. «Производители тяжелых грузовиков смогут приобрести полностью интегрированную и проверенную систему электропривода на топливных элементах, что позволит им предложить своим клиентам вариант без выбросов в сегменте тяжелых грузовиков 8-го класса.”

Toyota заявила, что начнет производство модулей топливных элементов для водородных грузовиков на своем заводе в Джорджтауне, Кентукки, в 2023 году.
Тойота Мотор

Хотя седаны с водородным двигателем, такие как Toyota Mirai и Honda Clarity, не получили широкого распространения и не доступны за пределами Калифорнии, технология быстро готовится к использованию в тяжелых грузовиках и автобусах. Наряду с Toyota и Hino, Hyundai Motor, Volvo, Daimler, Cummins и такими стартапами, как Nikola, все они планируют продавать грузовики для дальних перевозок, работающие на водороде, в течение следующих нескольких лет.Компании заявляют, что эта технология больше подходит для тяжелых транспортных средств, которые проезжают сотни миль в день, чем массивные батареи, такие как те, которые требуются давно просроченному электрическому Semi от Tesla, поскольку трансмиссия на топливных элементах легче и ее можно заправлять быстрее. .

Toyota, которая много лет эксплуатирует грузовики на топливных элементах в порту Лос-Анджелеса, не сообщила, сколько она тратит на модернизацию завода в Джорджтауне для производства модулей топливных элементов. Завод является основным источником его самого продаваемого седана Camry.General Motors также готовится производить системы автомобильных топливных элементов на заводе в Мичигане.

Транспортные средства, работающие на топливных элементах и ​​аккумуляторах, являются электрическими, имеют одни и те же двигатели и многие другие компоненты. Ключевое отличие состоит в том, что батареи накапливают электричество, а топливные элементы по мере необходимости создают его на борту в электрохимическом процессе, который извлекает электроны из водорода, проходящего через мембраны топливных элементов. Помимо электричества, единственным побочным продуктом является водяной пар. Помимо автомобилей и грузовиков, они использовались НАСА в течение десятилетий, они работают как стационарные генераторы электроэнергии и разрабатываются для питания поездов и даже кораблей и паромов.

Обычные проблемы с водородом заключаются в том, что он не является безуглеродным топливом, поскольку он традиционно производится из природного газа, и что приведение в действие транспортного средства водородом менее эффективно, чем зарядка аккумулятора. Однако переход к «зеленому водороду», полученному из источников, включая излишки возобновляемой энергии и воды, сделает топливо полностью безуглеродным, а его производство из свалочного газа и других отходов также рекламируется как экологически выгодные варианты производства.

Система топливных элементов Toyota для коммерческих автомобилей «обеспечивает запас хода более 300 миль при полной нагрузке 80 000 фунтов, демонстрируя при этом исключительную управляемость, тихую работу и нулевые вредные выбросы», — заявил Дэвид Розье, руководитель отдела силовых агрегатов Toyota Kentucky. заявление.

Акции Toyota, котирующиеся в США, выросли на 1,6% до 173,75 доллара на торгах Нью-Йоркской фондовой биржи в среду, а в этом году — на 12%.

водородных автомобилей — как работают автомобили на водородных топливных элементах

Прямо сейчас вы можете сесть за руль автомобиля, который не сжигает ископаемое топливо, производит нулевое загрязнение или парниковые газы, работает по той же химической реакции, что и ракеты, и имеет в два раза больше пробега, чем Tesla.

Его называют автомобилем на водородных топливных элементах, но если вы не живете в Калифорнии, вы, возможно, никогда не видели его на дороге.

➡ Вы любите крутые машины. Мы любим крутые машины. Давайте вместе поработаем над ними.

В наши дни электромобили, приводимые в движение батареями, кажутся обреченными на то, чтобы править нашими дорогами, в то время как водородные автомобили, когда-то считавшиеся транспортным средством будущего, редки и относительно малоизвестны. Топливные элементы на самом деле имеют множество преимуществ перед конкурентами, включая меньшее количество миль на галлон и более быстрое время дозаправки.

Так что же случилось с обещанными нам водородными автомобилями?

Как работают водородные автомобили

Toyota Mirai, автомобиль на водородных топливных элементах.

Клеменс Билан, Getty Images

Первое, что нужно знать: водородные автомобили — это электромобилей. Мы склонны думать об электромобилях только с точки зрения транспортных средств с батарейным питанием, таких как Teslas, Nissan Leaf и Chevy Bolt, но, несмотря на то, что они работают на газообразном топливе, водородные топливные элементы фактически снабжают свои автомобили электричеством.

«Когда мы говорим об электромобилях, это включает в себя подключаемые гибриды, гибриды, электрика аккумуляторных батарей, топливные элементы и все остальное, что может появиться позже, в котором по-прежнему используется электродвигатель», — говорит Кейт Випке, руководитель лабораторной программы по топливу. клеточные и водородные технологии в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Но топливный элемент сильно отличается от батареи. Громадная литий-ионная батарея в брюхе Tesla Model S хранит электрическую энергию в виде напряжения между анодом и катодом. Топливный элемент вырабатывает электричество посредством электрохимических реакций между топливом (обычно водородом) и кислородом воздуха. Во время реакции водород и кислород объединяются, чтобы произвести электрическую энергию и безвредный водяной пар в качестве побочного продукта. Если эта начальная химическая реакция достаточно велика, она может переместить весь автомобиль.

Этот танец механики и химии похож на водородно-кислородную реакцию, которая приводит в действие ракетные двигатели (возможно, вы помните его из «Марсианина»). В этом случае энергия, произведенная в результате реакции, проходит через топливный элемент и производит электричество вместо взрыва. В обоих случаях выделяется огромное количество энергии без токсичных побочных продуктов, что делает водородные топливные элементы таким прекрасным источником энергии для электромобилей.

Сам водород можно получить, запустив этот процесс в обратном направлении, который называется электролизом.Пропускание электрического тока через воду разделяет h3O на водород и кислород. Однако чаще водород производят в промышленных масштабах из природного газа в процессе, называемом паро-метановым риформингом, в котором пар высокой температуры и высокого давления объединяется с природным газом для создания водорода.

Этот танец механики и химии похож на водородно-кислородную реакцию, которая приводит в действие ракетные двигатели.

Этот процесс действительно производит некоторое количество углекислого газа, поэтому само водородное топливо не является чистым на 100 процентов.Но он выгодно отличается от выбросов CO2, связанных с аккумуляторной электрикой и гибридными автомобилями, и, очевидно, лучше любого транспортного средства, работающего на ископаемом топливе, с точки зрения воздействия на окружающую среду.

Штат Калифорния требует, чтобы по крайней мере 33 процента водорода, который используется в автомобилях, поступало из возобновляемых источников, с надеждой в конечном итоге перейти к 100-процентному использованию возобновляемых источников энергии. Это приводит автомобили на топливных элементах в соответствие с электричеством аккумуляторных батарей, работающим от электросети.

Много положительных, один дорогостоящий отрицательный

Ёсиказу ЦуноGetty Images

По мере того, как аккумуляторные электромобили выходят на первый план, автомобильная промышленность борется с двумя их основными недостатками для водителей.Во-первых, полная зарядка автомобиля с аккумулятором может занять несколько часов (если у вас нет доступа к быстрому зарядному устройству), а во-вторых, даже с полностью заряженным аккумулятором большинство электромобилей с трудом преодолевают половину расстояния обычного автомобиля на автомобиле. полный бак бензина.

У автомобилей на топливных элементах таких проблем нет. Водород можно закачивать в топливный бак автомобиля так же, как и газ. Вы можете быстро заправиться так же, как бензином или дизельным топливом. А когда у него полный бак, автомобиль на топливных элементах может путешествовать так же далеко, как и бензиновый.У Toyota Mirai самый короткий запас хода среди всех коммерческих седанов на топливных элементах, представленных в настоящее время на рынке, и он проезжает 317 миль с полным баком. Это почти на 50 процентов больше, чем 220 миль, которые базовая модель Tesla Model 3 может проехать без подзарядки.

«Вы можете выбрать любой тип электродвигателя с электроприводом и применить его. Здесь нет никаких препятствий».

«Если вы посмотрите, сколько энергии на самом деле протекает через вашу руку, когда вы держите дозатор возле бензонасоса, это порядка 1-2 мегаватт», — говорит Випке.Сравните это с 2 киловаттами — в тысячу раз меньшим энергопотреблением — которые доступны в стандартной розетке. Легко понять, почему у аккумуляторной батареи такое долгое время зарядки.

«С водородом вы все еще перемещаете молекулы, — объясняет он. — Если у вас достаточно давления и пути потока с низким сопротивлением, вы можете очень быстро протолкнуть молекулы от станции к машине».

Как только эти молекулы попадают в машину, разница между автомобилем на топливных элементах и ​​автомобилем с батарейным питанием невелика.Автомобили с аккумуляторными батареями славятся своей невероятно высокой производительностью — Tesla установила рекорд от 0 до 60 с рекордом в 2017 году. Но, по словам Стивена Эллиса, менеджера по автомобилям на топливных элементах в американской Honda, автомобили на топливных элементах могут удержать свои позиции.

«Поместите достаточное количество двигателя в [Honda] Clarity, и он также сможет разгоняться до 0-60 раз», — говорит он. «Опять же, топливный элемент Clarity — это полностью электрический автомобиль. Вы можете выбрать любой тип электродвигателя и применить его. Там нет преград ».

Однако в настоящее время все эти преимущества имеют высокую цену.Автомобиль на топливных элементах Honda Clarity в настоящее время сдается в аренду почти вдвое дороже, чем его модель с аккумулятором. К счастью, сюда входит стоимость топлива, которая в настоящее время составляет около 14 долларов за килограмм водорода. Что касается энергии, это эквивалентно примерно 5,60 доллара за галлон бензина. Стоимость как автомобиля, так и топлива со временем должна снизиться, но на данный момент преимущества топливных элементов будут иметь высокую цену.

Заливка … Где именно?

Томохиро Осуми Getty Images

Теперь мы подошли к большому камню преткновения для автомобилей на топливных элементах: сегодня практически невозможно получить топливо за пределами Калифорнии.Калифорнийское партнерство по топливным элементам перечисляет 40 действующих водородных заправочных станций, почти все в Лос-Анджелесе или в районе залива. Если владелец автомобиля на топливных элементах хочет поехать в другую точку страны, ему не повезло.

«Потребители любят автомобили», — говорит Випке. «Задача действительно заключалась в том, чтобы построить заправочные станции достаточно быстро, чтобы удовлетворить спрос».

Хотя промышленность топливных элементов не удовлетворяет этот спрос, это происходит не из-за отсутствия попыток. Отрасль открывает примерно одну новую заправочную станцию ​​в месяц и приближается к достижению своей цели — 200 станций в Калифорнии к 2025 году.Даже в этом случае водород останется далеко позади примерно 8 500 заправочных станций, находящихся в настоящее время в штате, а также 17 000 электрических зарядных станций для транспортных средств с аккумуляторными батареями.

В других странах водородная инфраструктура практически отсутствует в остальной части США, а автомобили на топливных элементах не продаются в большинстве штатов. Есть пара заправочных станций в Нью-Йорке и Коннектикуте, но Уипке говорит, что Северо-Восток отстает от Калифорнии на четыре-пять лет. С его плотностью населения и политическим климатом Северо-Восток действительно может стать местом следующего водородного бума.Но построить надежную сеть будет сложнее, чем в Калифорнии.

Автобус Управления транспорта округа Ориндж на водородных топливных элементах.

OCTA

«Проблема заключалась в том, что это не один штат, поэтому вам нужно привлечь к работе еще больше людей, чтобы они чувствовали себя комфортно с этой технологией», — говорит Випке. «Это более медленный процесс».

По его оценкам, потребуются годы, прежде чем автомобили на топливных элементах станут жизнеспособным средством передвижения в Нью-Йорке.Хотя это далеко позади гибридной и электрической инфраструктуры, Випке считает, что водородные автомобили могут сократить разрыв.

«Одна из причин, по которой [производители] автомобилей так взволнованы водородом, заключается в том, что он предоставляет им платформу для транспортных средств с нулевым уровнем выбросов, которая фактически может заменить все автомобили в их парке», — говорит он. «Если у вас очень большой грузовик или внедорожник, способный буксировать и увеличивать запас хода, заменить эти автомобили на электрический привод будет довольно сложно, если вы не используете водород.”

Некоторые из этих автомобилей уже существуют или находятся в разработке. General Motors исследует пикап на топливных элементах, Hyundai представила внедорожник на топливных элементах, а Toyota потратила последние три года на проектирование и испытания тягача с водородным двигателем. Жители округа Ориндж могут добраться до места назначения на автобусе на топливных элементах с 2016 года, и по стране курсирует 25 таких автобусов.

Хотя большинство американцев никогда не видели транспортных средств на топливных элементах, когда-нибудь рядом с вами будет построена водородная заправочная станция.Как только они станут обычным явлением на северо-востоке, заправочные станции начнут расширяться вглубь от побережья, и, по оценке Випке и Эллиса, через несколько десятилетий заправочные станции — а вместе с ними и водородные автомобили — будут практически повсюду.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

Водородные топливные элементы: есть ли будущее у водородных автомобилей?

Водород — самый распространенный элемент на планете, и его двигатели приводились в действие еще в 1807 году, поэтому он также является самым чистым видом топлива. Однако водород пока не получил широкого распространения в автомобильном мире. Многие производители экспериментировали с этой технологией, и, хотя некоторые из них взяли на себя обязательство производить автомобили с водородным двигателем в небольших количествах, массовое внедрение все еще выглядит далеким.Если это вообще когда-нибудь случится.

Между тем продажи электромобилей продолжают расти: за год до ноября 2020 года было продано на 162% больше электромобилей с аккумуляторными батареями по сравнению с тем же периодом 12 месяцев назад. И благодаря такому интересу производители могут позволить себе вкладывать деньги в электромобили вместо нишевых технологий, таких как водород.

Еще одна причина проблем с водородными автомобилями — это существующая инфраструктура. В Великобритании всего несколько водородных заправочных станций, которых недостаточно, чтобы позволить водителям работать так, как они бы работали с бензином и дизельным топливом.

Тем не менее, водород может быть частью автомобильной отрасли в ближайшие годы. Мы поехали в Суиндон — самопровозглашенную столицу водорода в Великобритании — чтобы узнать, как может выглядеть будущее водорода.

Первый аргумент скептиков против водородных транспортных средств заключается в том, что они менее эффективны, чем электромобили. Поскольку водород не встречается в природе, его нужно извлекать, а затем сжимать в топливных баках. Затем он должен смешаться с кислородом в батарее топливных элементов, чтобы произвести электричество для питания двигателей автомобиля.Циники указывают на потерю эффективности в этом процессе по сравнению с электромобилем, в котором электричество поступает прямо от аккумуляторной батареи.

В некоторой степени это правда, но не ожидается, что автомобили с водородным двигателем заменят электромобили. Вместо этого для таких производителей, как Toyota, водород будет дополнять электроэнергию, и для этого есть веская причина: это и будет самым чистым топливом из возможных.

«Каждый крупный производитель либо изучает автомобили на водородных топливных элементах, либо работает над ними», — говорит Джон Хант, менеджер по маркетингу Toyota и руководитель отдела коммерциализации автомобилей на водородных топливных элементах.

«Производство литий-ионных аккумуляторов [для электромобилей] очень энергоемкое. Например, батарея мощностью 100 кВт / ч обеспечит потенциальную дальность действия 250 миль, а для производства этой батареи потребуется около 20 тонн CO2 », — говорит Хант.

«Типичного аккумулятора хватает на 150 000 миль, что соответствует примерно 83 г / км CO2. Затем, если учесть зарядку на том же расстоянии, тот же аккумуляторный автомобиль будет выделять 124 г / км CO2 в течение своего срока службы », — поясняет он.

Для сравнения: у современных водородных автомобилей выбросы в течение жизненного цикла не менее низки. Недавнее исследование показало, что водородный автомобиль, такой как Toyota Mirai, выделяет около 120 г / км CO2 в течение своего срока службы. Но это может быть значительно уменьшено, если водород производится из возобновляемых источников энергии.

Обычный метод производства водорода включает отделение его от природного газа (с использованием процесса, называемого паровым преобразованием метана), но ведутся работы по получению водорода из биомассы, что значительно снизит выбросы водорода в течение жизненного цикла до примерно 60 г / км. СО2.Это ниже уровня, которого могут достичь электромобили, даже если электричество получают из возобновляемых источников, из-за экологических затрат на производство аккумуляторов.

Водород — это топливо, которое нельзя игнорировать. Хант говорит, что это особенно применимо в секторе тяжелых грузов, где электрические грузовики ограничены емкостью аккумуляторной батареи и вынуждены подзаряжаться от электросети. И все же создание инфраструктуры для полной заправки водородом, с помощью которой газ производится и затем транспортируется на станции, потребует миллиардов фунтов и лет.В настоящее время в Великобритании действует менее 20 заправочных станций по сравнению с примерно 36 000 (и их количество растет) для зарядки электромобилей.

Ключ к поощрению водородных автомобилей — сделать их частью более широкой «водородной экономики» — строительство заправочных станций только для водородных автомобилей было бы неэффективным. Вместо этого, в идеале, весь энергетический сектор включал бы водород в смесь, от заправки автомобилей до хранения энергии для дома.

И это можно запустить локально.Одним из преимуществ водорода является то, что его можно производить на месте, а не транспортировать, как топливо, или поставлять через сеть, как электричество. «Вместо того, чтобы иметь общенациональный проект, водород можно начать с местных водородных хабов и постепенно отказываться от него», — говорит Клэр Джексон, менеджер находящейся в Суиндоне Hydrogen Hub, организации, продвигающей водородную экономику.

Итак, мы оказались на территории парка Лидия в Суиндоне, чтобы понять, как муниципалитеты могут начать свою собственную водородную экономику.В городе Уилтшир в представительстве Honda в 2011 году открылась первая в Великобритании водородная станция, полностью работающая на возобновляемых источниках энергии. Станция способна производить водород в промышленных масштабах с использованием солнечной энергии, не полагаясь на энергосистему Великобритании.

Сейчас по улицам Суиндона ежедневно курсируют шесть автомобилей с водородным двигателем. Это стало возможным благодаря таким лизинговым фирмам, как Arval, которая решила перейти на водород и включила автомобили в свой парк. В настоящее время автомобили сдают в аренду таким организациям, как Science Museum Group и National Trust, в то время как Совет Суиндона установил вторую водородную станцию ​​и, возможно, еще больше в пути, потому что Arval планирует иметь 170 водородных автомобилей в городе к 2020 году.

Но локализованный подход никогда не приведет к общенациональному распространению. Toyota, Daimler и BMW возглавляют группу из 13 компаний по всему миру, инвестируя 10 миллиардов долларов в течение следующего десятилетия в развитие водородных технологий и инфраструктуры.

Государственные инвестиции также должны сыграть свою роль. «Сегодня в Великобритании около 1 ТВт энергии производится из возобновляемых источников, но не используется», — говорит Хант. «Это лишнее поколение, которое можно сохранить. Это может произвести около 18 000 тонн водорода — этого достаточно, чтобы привести в действие 90 000 автомобилей на расстояние 12 000 миль.Хант говорит, что инвестиции, необходимые для завода по переработке и распределению водорода, меньше, чем сумма, которую страна тратит на ядерную энергетику, и это было бы чище.

Германия построит 400 станций к 2023 году, что побудило Ханта предупредить: «UK PLC не может позволить себе упустить водород; поскольку другие страны развивают свою инфраструктуру, Великобритания не может позволить себе отставать ».

Но даже при наличии водородной инфраструктуры, будь то местная или общенациональная, водородные автомобили все еще сталкиваются с проблемой затрат.Розничная цена Toyota Mirai превышает 65 000 фунтов стерлингов, и она больше не имеет права на получение правительственного гранта в размере 3 000 фунтов стерлингов. За любую машину приходится платить немало, но вопрос цены можно решить двумя способами.

Первый принадлежит Тойоте. Джон Хант говорит, что все автомобили компании основаны на модульной платформе, и поменять их с гибридной на водородную структуру несложно. «[Гибридная] трансмиссия полностью переносима. Таким образом, внедрение топливных элементов — это просто замена бензиновой трансмиссии.Toyota планирует к 2020 году построить 30 000 автомобилей на водородных топливных элементах ».

Другой вариант — более радикальное переосмысление. «Все низкоуглеродные автомобили требуют надбавки на рынке, но покупатели не обязательно готовы платить эту надбавку за повышение эффективности.