Двигатели на водороде: что мешает продвижению автомобилей на легком газе :: Свое дело :: РБК

что мешает продвижению автомобилей на легком газе :: Свое дело :: РБК

Прощание с бензином

У водородных двигателей долгая и непростая история: еще в 1979 году BMW выпустила первый автомобиль, работающий на этом газе. Однако нефтяные кризисы 1970-х, заставившие задуматься о разработке такого автомобиля, миновали, и вплоть до 2000-х автогиганты положили идею под сукно. Все изменилось в новом веке, когда нефть снова стала дорожать, а правительства задумались о снижении выбросов в атмосферу углекислого газа. Экологичность — один из главных плюсов водородных двигателей, ведь единственный побочный продукт их работы — обычная вода. Ни углекислого газа, ни соединений свинца.

Читайте на РБК Pro

В 2007 году BMW выпустила партию из ста автомобилей Hydrogen 7, способных работать как на бензине, так и на водороде, сопроводив это событие масштабной рекламной кампанией: за рулем таких авто появлялись голливудские звезды Брэд Питт, Анджелина Джоли, Ричард Гир, Шарон Стоун. Однако сотней машин дело и ограничилось: их технические характеристики оставляли желать лучшего. Компания выбрала тупиковый путь: гибридная модель сжигала водород в камере сгорания, и газового баллона в 8 кг хватало всего на 200–250 км. А стоил автомобиль на уровне топовых моделей концерна.

Фото: Paul Sancya / AP

Другие компании извлекли из эксперимента BMW урок. Сейчас уже три фирмы серийно выпускают легковые автомобили на водородных топливных ячейках, использующих топливо более эффективно: в результате электрохимической реакции они вырабатывают энергию, которая подается на электрический двигатель. Первой работающей по такой схеме была машина Hyundai ix35 Fuel Cell, поступившая в автосалоны в начале 2013 года. Годом позже в Японии стартовали продажи Toyota Mirai, а в 2015–2016 годах на японский и американский рынки вышла Honda Clarity. Еще полтора десятка компаний в последние годы объявили о скором выпуске или по крайней мере о начале разработки таких автомобилей. Совершенствование технологий позволило существенно удешевить производство: цена Hyundai ix35 Fuel Cell составляет около $53 тыс., Toyota Mirai — $57 тыс., Honda Clarity — $59 тыс.

Тем не менее цены кажутся высокими по сравнению с обычными машинами: так, Hyundai ix35 с обычным двигателем стоит от $10 тыс. до 35 тыс. Да и сам водород пока обходится дороже бензина. Но инновационные автомобили не только чище, но и потенциально выгоднее. Согласно подсчетам бывшего главного исследователя по вопросам альтернативной энергии Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) Стива Хенча использовать водород в качестве энергоносителя намного выгоднее, чем обычный бензин. Энергоемкость одного галлона (4,54 л) бензина и 1 кг водорода, эквивалентного ему по объему, почти одинакова: 130 против 130–140 мДж. Галлон бензина в США стоит около $2,90, 1 кг водорода обойдется дороже — в $8,6. Однако если учесть, что термодинамическая эффективность бензина составляет 20–25%, а водорода — 60% и более, получится, что топливные ячейки в 2,5–3 раза эффективнее двигателя внутреннего сгорания. А значит, на том же объеме топлива водородные автомобили смогут проехать в 2,5–3 раза дольше.

Высокая энергия

В России компании также проявляют интерес к водородным технологиям. В 2006 году «Норильский никель» приобрел контрольный пакет акций американского пионера водородной энергетики Plug Power. Однако кризис 2008–2009 годов вынудил «Норникель» продать бумаги.

В 2014 году в России появился производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компании удалось найти свою нишу: она поставляет аккумуляторные системы для дронов, в том числе военных. Топливными элементами AT Energy были, например, оснащены дроны компании «АФМ-Серверс», снимавшие с воздуха Олимпиаду-2014 в Сочи. «Оснащение дронов водородными элементами дает большой выигрыш по длительности полета, кроме того, они перестают зависеть от температуры воздуха», — говорит основатель компании Данила Шапошников.

В июне 2017 года AT Energy подписала стратегическое соглашение с АО «Линде Газ Рус», дочерней компанией производителя промышленных газов Linde Group. Партнеры будут поставлять владельцам беспилотных аппаратов баллоны с водородом производства Linde. Это поможет решить важнейшую проблему водородной энергетики для беспилотников — заправочной инфраструктуры.

Легок на помине

Ажиотаж по поводу самого легкого в природе газа, стартовавший в начале 2000-х, был подхвачен политиками. В 2004 году губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер рисовал картины «водородных шоссе», которыми будет опоясан его штат всего через шесть лет. Ничего такого, конечно, не произошло. «Автомобильная отрасль консервативна: все новые технологии дорогие, требуют оптимизации моделей по массе и габаритам, испытаний на ресурс», — говорит гендиректор AT Energy Данила Шапошников.

Сказалась и экономическая ситуация. «В глобальном контексте замедление развития водородной энергетики связано с тем, что выбор технологий снижения выбросов в энергетике, транспорте, горнодобывающей промышленности и ЖКХ определяется экономической выгодой, — говорит советник по возобновляемой энергии в MoJo Energy Говард Рамсден, в 2000-х принимавший участие в разработке законодательства Европейского союза в области электроэнергетики. — Если финансовые механизмы стимулирования выбора низкоуглеродных технологий не являются существенными для стимулирования потребителя, то он либо не будет менять своих привычек, либо будет делать это очень вяло. Водородные технологии оказались слишком дороги для производителей в условиях двух глобальных экономических кризисов, где война за покупателя была жесткой».

Проблемы вызваны не только экономической конъюнктурой. Первому элементу таблицы Менделеева то и дело достается от глав технологических компаний. Так, владелец Tesla Илон Маск неоднократно называл топливные ячейки «ошеломляюще тупой технологией», противопоставляя их электрическим аккумуляторам, на которые сделала ставку его компания. Основная претензия заключается в том, что в качестве средства хранения энергии ячейки уступают аккумуляторам, поскольку преобразование химической энергии в электрическую внутри топливного элемента ведет к неизбежным потерям.

Илон Маск (Фото: Marcio Jose Sanchez / AP)

Другие критики отмечают, что водородные автомобили по умолчанию небезопасны. Водород невидим, легко воспламеняется и не имеет запаха, а значит о его утечке водитель не догадается вплоть до взрыва. Правда, и Toyota и Honda специально отмечают, что в их моделях водород хранится в герметичных и ударопрочных контейнерах из углеволокна. И все-таки никакое углеволокно не выдержит сильного удара при ДТП.

И даже подсчеты экономических выгод водорода могут быть обманчивы. «Главная проблема — высокая стоимость производства самих топливных элементов, так как водородные батареи содержат платину, один из самых дорогих металлов в мире, — напоминает Кристиан Цбинден. — Многие заблуждаются, считая водородную энергетику спасением от глобального изменения климата. На самом деле энергия из водорода — это плацебо, поскольку при производстве подобных батарей используется непропорционально большое количество электроэнергии. Поэтому «зелеными» данные технологии назвать нельзя». Самый распространенный в наши дни процесс получения водорода — паровой риформинг метана. Он требует использования углеводородов. Правда, теоретически его можно заменить электролизом воды, энергию для которого будут давать, например, солнечные батареи.

Кроме того, под водородные двигатели нужно строить специальные сети заправок. «Вопрос не столько в разработках производителей двигателей, сколько в подготовке и развитии необходимой инфраструктуры, — считает Никита Игумнов, финансовый эксперт, ранее работавший в инвестпроектах Газпромбанка, в органах управления и контроля МОЭСК и «Мосэнергосбыта». — При реализации данного направления возникнет ряд проблем, требующих решения. Среди них — высокая стоимость производства, хранения и транспортировки топлива, а также необходимость масштабного развития необходимой инфраструктуры: заправки, терминалы хранения, производственные мощности. Все эти вопросы требуют масштабных инвестиций».

Нишевой элемент

И все-таки будет ошибочным считать водородную энергетику тупиковым направлением. «Например, она давно применяется в ракетостроении, но СМИ редко об этом пишут», — отмечает Шапошников. Пока автомобили на топливных элементах делают первые шаги, их меньшие братья — автопогрузчики уже вовсю переходят на самый легкий газ. В июле Walmart приобрела 55 млн акций одного из пионеров водородной энергетики — компании Plug Power, объявив о планах оснастить 30 своих центров дистрибуции водородными автозаправками, где смогут заряжаться погрузчики компании (сейчас такими заправками оснащены 22 американских магазина Walmart). В апреле этого года Amazon.com купила более 50 млн акций Plug Power, параллельно начав оснащать водородными заправками свои склады.

Компании-конкуренты считают, что водород поможет их центрам быть более эффективными. «Складская техника — это ниша, в которой водородные топливные ячейки уже прочно закрепились, — говорит Данила Шапошников. — Электрические аккумуляторы погрузчиков быстро садятся и подолгу заряжаются. Возникают большие паузы в работе. Кроме того, батареи имеют короткий срок службы. А техника на водороде надежна, неприхотлива и, кроме того, экологична — такие погрузчики могут работать в закрытых помещениях».

То, что силовые установки, работающие на водороде, практически бесшумны, делает их привлекательными для производства военной техники. Уже сейчас такими установками оснащают, например, подводные лодки. Водород служит и для нужд домохозяйств: энергетические станции мощностью от 1 до 5 кВт могут вырабатывать электроэнергию в режиме когенерации, попутно давая тепло для системы отопления и нагрева воды.

В Японии такие автономные системы получили широкое признание после аварии на «Фукусиме», когда ядерная энергетика стала восприниматься как нечто страшное. Агентство по природным ресурсам и энергетике Японии рассматривает развитие водородной промышленности как один из приоритетов, рассчитывая за три года довести число используемых домохозяйствами водородных электрогенераторов до 1,4 млн. Кроме того, правительство мотивирует промышленные компании использовать водород в качестве источника электроэнергии на заводах и фабриках. А организаторы летних Олимпийских игр 2020 года в Токио собираются превратить их в демонстрацию возможностей водородных двигателей.

Среди ниш, где водород находит себе применение уже сегодня, — стационарное резервное питание. «Топливные ячейки требуют мало обслуживания: поставил — забыл, — говорит Шапошников. — Когда напряжение в сети падает до нуля, они включаются. Небольшой баллон с газом, установленный, например, на сотовой вышке, даст ей энергии на сутки, пока ремонтная бригада устраняет проблему. Другая ниша — автономное энергоснабжение удаленных пунктов: можно раз в год наполнять газгольдер, обеспечивая электричеством и теплом небольшой поселок полярников где-нибудь в Арктике». Это решение подойдет для многих труднодоступных уголков страны.

Водородная энергетика будет развиваться даже при отсутствии прорыва в автомобильной отрасли, говорят эксперты. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд. Но и в автомобильной промышленности этот элемент рано списывать со счетов. Да, водород высокого давления требует строительства сотен заправочных станций. Но есть более дешевая альтернатива, которую сейчас разрабатывает сразу несколько компаний, в частности один из лидеров по производству топливных ячеек — канадская Ballard Power, делающая пилотный проект для китайского Министерства транспорта. Жидкий химический состав можно будет заливать в обычные бензохранилища, которыми оснащены АЗС, и заправлять им машину как бензином. В специальном реакторе из жидкости будет выделяться газообразный водород, поступающий в топливную ячейку. Голубая мечта Шварценеггера не столь уж и несбыточна.

Крошечный водородный двигатель заменил аналоги на ископаемом топливе

Израильская компания Aquarius Engines на этой неделе продемонстрировала свою последнюю разработку — крошечный водородный двигатель. Инженеры надеются, что новинка заменит газовые двигатели-генераторы и водородные топливные элементы в будущих электрифицированных транспортных средствах.

При весе всего 10 кг простой двигатель использует один движущийся поршень для развития мощности. Помимо транспортных средств, Aquarius разрабатывает двигатель, который используется в качестве автономного микрогенератора.

У двигателя Aquarius всего один центральный цилиндр, в котором поршень перемещается между двумя головками двигателя. В предыдущих итерациях Aquarius использовал традиционные ископаемые виды топлива, но теперь разработчики обратили внимание на водород. Компания сообщает, что австрийская инженерная фирма AVL-Schrick недавно завершила сторонние испытания прототипа. Результаты эксперимента подтвердили, что модифицированная версия двигателя может работать исключительно на водороде.

Двигатель Aquarius не только небольшой, легкий и удобный в транспортировке, но и очень простой. Он не требует регулярного обслуживания — Aquarius состоит всего из 20 частей, из которых движется только один поршень. По заявлению компании, для смазки не требуется даже масла. На видео ниже показано, как части соединяются в единое целое.

Потенциал использования более чистого сжигаемого водорода в качестве топлива повышает привлекательность нового двигателя, особенно на рынках в странах, которые уже стремятся сократить выбросы. Например, компания недавно наладила стратегическое партнерство с японскими корпорациями по производству автозапчастей TPR и Musashi Seimitsu Industry Co. Ltd.

---

Читайте также

Высокий рост, пропавшие зубы, новые кости: что произошло с телом человека за сто лет

Огромную моль нашли в Австралии. Ее размах крыльев — 25 см

Физики создали аналог черной дыры и подтвердили теорию Хокинга. К чему это приведет?

Определили жизнеспособность водородных двигателей | 32CARS.RU

Водород до сих пор изо всех сил пытался выполнить свои ранние обещания в качестве альтернативного топлива для автомобильного транспорта, но до сих пор его популярность очень низка.

Использование водорода в топливных элементах для производства электроэнергии без вредных выбросов по-прежнему имеет огромный потенциал, но импульс для запуска двигателей внутреннего сгорания на нем уменьшился. Тем не менее интерес остается, примером является разработка Toyota водородного трехцилиндрового гоночного двигателя, взятого у GR Yaris и используемого для питания специально разработанной Corolla Sport, участвующей в гонке Fuji 24 Hours.

Хотя водород является чистым топливом по сравнению с бензином или дизельным топливом, он полностью исключает выбросы только при преобразовании в системе топливных элементов для выработки электроэнергии. При сгорании в двигателе это не совсем так. Хотя не образуются несгоревшие углеводороды (HC), окись углерода (CO) или CO2, образуются оксиды азота (NOx). Воздух на 78% состоит из азота, и при сгорании он окисляется, образуя токсичный NOx – но сколько именно, зависит от того, насколько горячими становятся предметы в камере сгорания, и именно в этом водородные двигатели могут иметь преимущество.

Водород гораздо менее требователен, чем бензин или дизельное топливо, смешивается и горит полностью и эффективно в гораздо более широком диапазоне соотношений воздуха и топлива. В результате водородный двигатель может работать очень экономно (больше воздуха, меньше топлива) и при этом производить гораздо более низкие уровни выбросов NOx на выходе из двигателя, чем бензин или дизель. Выбросы из выхлопной трубы могут быть уменьшены до минимального уровня с помощью существующей технологии выхлопных газов.

Эти привлекательные факты зависят от ряда вещей. Хотя водород несет большое количество энергии по массе, он гораздо менее плотный, чем жидкое топливо, поэтому двигатели с впрыском, в которых топливо впрыскивается во впускной коллектор и смешивается с воздухом вне цилиндров, вырабатывают значительно меньшую мощность, работающую на водороде чем на бензине. Непосредственный впрыск улучшает ситуацию и в сочетании с турбонаддувом с изменяемой геометрией делает водородные двигатели внутреннего сгорания более жизнеспособными.

Но все же есть компромисс. Современные водородные двигатели с турбонаддувом прямого впрыска могут производить больше энергии, чем эквивалентный бензиновый двигатель, увеличивая долю водорода в топливно-воздушной смеси, но уровень NOx увеличивается. В противном случае водородные двигатели по существу являются модифицированными бензиновыми двигателями, которые в производственной форме имели бы более прочные компоненты и системы прямого впрыска водорода. Водород можно хранить в тех же хорошо зарекомендовавших себя баках для сжатого газа на 700 бар, которые используются в транспортных средствах на топливных элементах.

Более поздние исследовательские программы предполагают, что существует реальная возможность запуска транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания, которые практически не загрязняют окружающую среду, используя технологию, которая подходит как для тяжелых транспортных средств, так и для легковых автомобилей. Грацский технологический университет совместно с компанией Bosch добился некоторых обнадеживающих результатов с 2,0-литровым двигателем с турбонаддувом с искровым зажиганием, а Рикардо возглавляет исследовательскую программу по водородным двигателям для тяжелых транспортных средств.

Учитывая близость к существующей технологии и производству, сжигание этого обильного газа легче воздуха может стать полезным шагом к полной электрификации, а также стимулировать развитие водородной сети, необходимой для транспортных средств на топливных элементах.

Финская Wärtsilä планирует создать двигатель на 100% водороде к 2025 году

Финская Wärtsilä начала испытания на чистом водороде своих газопоршневых двигателей, предназначенных для балансировки энергосистем, ожидает к 2025 году создать концепт двигателя и электростанции, способных работать на 100%-ном водороде, сообщила группа в пресс-релизе в среду.

«Это сделает возможным переход к углеродно-нейтральным энергосистемам по всему миру», – отмечается в нем.

Как пояснили в компании, в настоящее время на мировом рынке не существует серийных двигателей, способных эффективно использовать водород. Это ставит под угрозу глобальные амбиции по достижению нулевых выбросов.

«Wärtsilä объявляет о начале важной программы испытаний своих газопоршневых двигателей для их перевода на использование чистого водорода в качестве топлива. В городе Вааса (Финляндия) будет исследована существующая технология двигателей серии 31, чтобы определить оптимальные параметры для работы на водороде», – заявляют в компании.

«Сейчас определяющий момент для всемирного энергетического перехода. Глобально сообщества будут инвестировать миллиарды в инфраструктуру, необходимую для производства «зеленого» водорода, но эти инвестиции полагаются на наличие серийных двигателей, которые смогут работать на этом топливе, когда оно станет доступным», – отметил процитированный в пресс-релизе генеральный директор Wärtsilä Хокан Аньевалл.

По его словам, с разработкой таких двигателей, которые смогут работать на водороде, Wärtsilä, в том числе, готовит будущие энергосистемы к работе на 100%-ной возобновляемой энергетике в 2050 году.

«Способность модифицировать существующие двигатели под использование водорода, когда они станут широкодоступными, является критически важной для достижения глобальных целей декарбонизации. Двигатель внутреннего сгорания — это ключевая технология, с которой становится возможным наращивание ВИЭ, поскольку она обеспечивает гибкость, необходимую для балансировки прерывистой генерации ветра и солнца», – констатируют в Wärtsilä.

Как резюмируют в компании, возможность перевести двигатели в будущем на использование углеродно-нейтральных видов топлива, таких как «зеленый» водород и другие топлива на его основе, означает, что генерирующие компании могут уверенно инвестировать в достижение 100%-ной возобновляемой энергосистемы без риска обесценения активов.

Wärtsilä — один из мировых лидеров по внедрению технологий балансировки и накопления энергии, обеспечивая гибкость, которая необходима для ускорения глобального перехода к 100%-ной возобновляемой энергетике. Компания установила электростанции общей мощностью 74 ГВт в 180 странах мира, в том числе высокоманевренные тепловые балансирующие станции, процент которых растет, и более 80 систем накопления энергии. Двигатели Wärtsilä способны выйти на полную мощность за две минуты и в настоящее время работают на природном газе, биогазе, синтетическом метане или водородных смесях с долей водорода до 25%.

Параллельно с этим Wärtsilä проводит испытания двигателей для работы на аммиаке и метаноле, тоже являющимися двумя альтернативными видами топлива в будущем, которые поддержат декарбонизацию сектора судоходства и помогут Международной морской организации достичь своих целей по сокращению выбросов парниковых газов на 50% к 2050 году.

Водородный двигатель

Водородный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором в качестве топлива используется водород.

 

История водородных двигателей

Около 45% добываемых в мире нефтепродуктов используется в качестве топлива для автомобилей. Запасы нефти ограничены и не возобновляются, поэтому поиск универсального источника энергии, которую можно получать в условно неограниченных количествах, задача, безусловно, актуальная.

Водород как топливо для двигателей рассматривается в числе наиболее перспективных веществ. Запасы водорода на Земле практически неисчерпаемы, так как его легко выделить из обыкновенной воды. Хранение и транспортировка этого газа хоть и связаны с определенными сложностями, но осуществимы. И, что самое важное, при равных массах, при сжигании водорода выделяется в 3 раза больше энергии, чем при сжигании бензина.

Первый патент на водородную силовую установку был выдан в Англии еще в 1841 году. В 1852 году в Германии был построен двигатель внутреннего сгорания, работающий на смеси водорода и воздуха, а на печально известном дирижабле Гинденбург компании Zeppelin были установлены ходовые двигатели, работавшие на светильном газе – смеси газов с пятидесятипроцентной долей водорода.

Интерес к водородным двигателям возобновился в семидесятые годы, с приходом топливно-энергетического кризиса.

По окончании нефтяного кризиса, интерес к альтернативным источникам энергии не исчез. В настоящее время его интенсивно подогревают защитники экологии, борющиеся за снижение вредных выбросов в атмосферу. Кроме того, постоянно растущие цены на энергоносители и желание многих стран обрести топливную независимость способствуют продолжению теоретических и практических исследований способов применения водорода в транспортных средствах.

Наиболее активные исследования по разработке водородных двигателей ведут компании General Motors, Honda Motor, Ford Motor, BMW и другие.

                                          

Типы и принцип работы водородных двигателей

Современные силовые установки подразделяются по принципу работы на два типа: электромоторы с питанием от водородных топливных элементов и двигатели внутреннего сгорания на водороде.

 

Силовые установки на основе водородных топливных элементов

Принцип работы топливных элементов построен на физико-химической реакции. По сути, топливные элементы напоминают обычные свинцовые аккумуляторы. Разница в том, что КПД топливного элемента существенно выше КПД аккумулятора и составляет 45% и более.

В корпусе водородно-кислородного топливного элемента установлена мембрана, проводящая только протоны. Она разделяет две камеры с электродами — анодом и катодом. В камеру анода подведен водород, а в камеру катода кислород. Каждый электрод покрыт слоем катализатора, к примеру, платиной. Молекулярный водород под воздействием катализатора, нанесенного на анод, теряет электроны. Протоны проводятся через мембрану к катоду, и под воздействием катализатора соединяется с электронами (поток электронов подводится извне), в результате чего образуется вода. Электроны из камеры анода уходят в электрическую цепь, подсоединенную к двигателю, то есть, на бытовом языке, образуется электрический ток, питающий электромотор.

Действующими образцами автомобиля с силовой установкой на основе топливных элементов являются «Нива» с энергоустановкой «Антэл-1» и «Лада 111» с «Антел-2», разработанные уральскими инженерами. На одной подзарядке первая машина может преодолеть 200 км, вторая — 350 км.

 

Водородные двигатели внутреннего сгорания

При использовании водорода в обычном двигателе внутреннего сгорания возникает ряд проблем. Во-первых, при высокой температуре и сжатии водород вступает в реакцию с металлом, из которого сделан двигатель, и даже с моторным маслом. Кроме того, в случае даже небольшой утечки при контакте с раскаленным выпускным коллектором он неизбежно загорится. Поэтому, кстати, для работы на водороде используют роторные двигатели, конструкция которых подразумевает удаленность впускного коллектора от выпускного, что позволяет ументьшить риск возгорания. Однако все эти проблемы, включая необходимость изменения системы зажигания, так или иначе удается обойти, что позволяет инженерам считать водород перспективным топливом.

ДВС на водороде имеет КПД ниже, чем у двигателей на топливных элементах, однако тот факт, что для получения 1 кВт энергии водорода нужно меньше, чем бензина, позволяет смириться с пониженным коэффициентом полезного действия. 

Отличным примером автомобиля с водородным двигателем может служить экспериментальный седан BMW 750hL, выпускающийся ограниченной серией и доступный покупателям. В нем установлен 12-ти цилиндровый двигатель, работающий на ракетном топливе (водород + кислород), позволяющий разогнаться до 140 км/ч.

Сжиженный водород хранится в специальном баке при низкой температуре. Запаса водорода хватает примерно на 300 километров. В случае если он израсходован, двигатель автоматически переключается на питание от дополнительного бака с бензином. Цена BMW Hydrogen 7 сопоставима со стоимостью обычной «семерки» и составляет около 93 тысяч долларов.

                                                                    

Проблемы и задачи развития водородных двигателей

Для массового перехода на водород в качестве топлива существует целый ряд технологических и экологических препятствий.

Производство водородного топлива на сегодняшний день обходится в 4 раза дороже, чем производство бензина.  

Да и сам процесс получения водорода из воды пока еще обходится слишком дорого. Поэтому основной его объем в настоящее время производится из метана.  С большими затратами связана его транспортировка и хранение.

В случае массового внедрения таких силовых установок, резко увеличится количество водорода в атмосфере, что может привести к разрушению озонового слоя Земли, так как водородные двигатели выделяют значительно больше оксидов азота, чем бензиновые.

Уровень коммерческой окупаемости таких силовых установок просматривается лишь в отдаленной перспективе.

Однако точно такие же проблемы в свое время возникали в период развития бензиновых, электрических и газовых двигателей. Остается надеяться, что через 15-20 лет ситуация измениться, и появление водородного автомобиля на дорогах станет обычным делом.

Водород в автомобилях: Опасности и сложности использования

Плюсы и минусы использования водорода в качестве автомобильного топлива

Начало 21-го века, как и само начало XX века, также считается временем перемен. Вновь перед населением нашей Планеты замаячила технологическая революция и вновь главное место в ней занимают, как и всегда — автомобили. Как и сто лет назад быстрыми темпами начали развиваться альтернативные виды транспорта, не связанные с привычными нам двигателями внутреннего сгорания. Все чаще можно увидеть на дорогах мира автомобили гибриды, которые приводятся в движение электродвигателем и ДВС. В развитых странах Мира и Европы все чаще входят в обиход электрокары. Совсем еще недавно, каких-то 7 — 10 лет назад, ученные и инженеры пророчили таким машинам с ДВС большое будущее, работающим на самом распространенном элементе в нашей вселенной — водороде. Все это человечество уже проходило в начале прошлого столетия. А потому, заново и вновь подтверждает свою актуальность распространенное по всему белу свету изречение: «Все новое — это хорошо забытое старое».

 

Сейчас наша Планета переживает новый кризис,- нефтяной. Только связан он не с дефицитом черного золота ставшего на 100 лет локомотивом развития всего человечества, а с перенасыщенностью данного вида товара на рынке. Это быть может и есть тот первый сигнал говорящий нам о том, что «нефтяной век» подходит к своему концу. Как говорят, — каменный век закончился не потому что закончились камни. Поэтому нам так важно сегодня развивать запасной план (запасной источник знергии, для авто в том числе) на случай, если…

 

21 век в автомобильном мире будет веком распространения технологий будущего. Но не всем новым технологиям суждено выиграть в этом  естественном отборе.

 

И так, приступим. Менее десяти лет назад единственной реальной альтернативой ископаемым видам топлива был по сути водород. Прошли годы, а никаких серьезных подвижек в этом направлении так сделано и не было. Наоборот, аутсайдер того времени то есть электрокар,  из пешек, перешел в дамки, с появлением автомобиля Tesla и разработкой очень надежных и прогрессивных аккумуляторов, из которых всем стало ясно, что электрические автомобили — это всерьез и надолго.

Почему так получилось? Ведь водородный ДВС был практически идеальным способом приводить в движение автомобиль. Он не требовал больших вложений в разработку нового агрегата (водород может использоваться в качестве топлива в обычном двигателе внутреннего сгорания). По данным статистики, в случае использования водородного топлива мощность мотора упадет с 82 — до 65%, по сравнению с обычным бензиновым мотором. Но внеся небольшие изменения в саму систему зажигания, мощность того же двигателя сразу увеличится до 118%.

 

Первый плюс ДВС работающего на водороде: -необходимы минимальные изменения в конструкции двигателя для того, чтобы мотор перевести на новый вид топлива

 

Экологичность такого вида топлива тоже не подвергается сомнениям. Последняя серийная разработка японской автомобилестроительной корпорации «Toyota» доказала, что «выхлоп» водородного автомобиля можно…по-просту пить. Это лмчно продемонстрировал один зарубежный автожурналист. Он сделал несколько глотков воды поступающей прямо из выхлопной трубы автомобиля Toyota Mirai, и тут-же сказал, что на вкус данная вода вполне себе даже ничего, настоящая дистиллированная, без примесей.

 

 Второй плюс этих ДВС — экологичность. Никакого загрязнения окружающей среды вредными выбросами в атмосферу. Значит, сведение к минимуму этих парниковых газов и спасение нашей прекрасной Планеты. Вот к чему может привести использование этого вида топлива.

 

Следующий фактор о водородных двигателях (его косвенно можно считать таковым). Исторически так уж сложилось, что водородом заправляли еще «автопионеров» среди ДВС. Первый такой водородный двигатель был построен французским конструктором Франсуа Исаак де Ривазом аж в 1806 году.

 

Не забудем и те героические времена истории Нашей с вами страны. В блокадном Ленинграде на водород было переведено более 500 автомобилей. И они без особых проблем несли свою непростую но нужную службу.

 

 Получается, что водород, как топливо для сжигания в ДВС, используют уже достаточно давно. Значит и особых проблем в создании современного автомобиля не должно просто быть.

 

Четвертый значительный фактор говорящий за целесообразность использования вещества с формулой h3- это его колоссальная распространенность на планете. h3 (водород) можно получать даже из отходов и сточных вод.

 

 Часто встречающиеся в природе вещества достаточно дешево стоят. Значит и водородное топливо не должно быть дорогим.

 

 

 

Пятый фактор. — Водород может использоваться не только в ДВС. Технологии также позволяют применять его в так называемом «топливном элементе».

Топливный элемент отделяет один электрон в атоме водорода от одного протона и использует электроны для получения электрического тока. Это электричество способно питать двигатель в электрокаре. В самих топливных элементах также не используется ископаемое топливо, поэтому таковые (топливные элементы) по-просту не загрязняют окружающую среду. И главное достоинство — они безопасны, водород не может сам по себе самопроизвольно испарится из них. Казалось бы, просто идеальный преемник двигателю внутреннего сгорания в качестве источника энергии для автомобилей 21-го века.

 

 Использование водорода может происходить в различных силовых установках, делая его таким образом более гибким к развитию технологий. Разрабатываемые современные водородные автомобили в основном используют эту данную схему, как наиболее безопасную и продуктивную.

 

Не мало плюсов, неправда ли друзья? И они все очень даже весомые. Но почему тогда до сих пор мы не видим миллионы водородных самодвижущихся экипажей вокруг нас по всей планете? На то есть свои определенные причины, и они также очень сегодня важны.

 

Смотрите также: Десять самых странных источников энергии для автомобильных двигателей

Давайте рассмотрим некоторые из причин, в том числе серьезные опасности, которые могут быть связаны с водородной энергетикой.

Первый минус. -Да, это правда, водород самый распространенный элемент во всей Вселенной, однако на самой Земле в чистом виде газообразный водород найти сегодня практически невозможно. Этот газ необычайно легок. Поэтому в чистом виде он очень быстро (почти моментально) поднимается к верхним слоям атмосферы и уходит дальше в безвоздушное пространство.

 

В подавляющем большинстве случаев атомы водорода связаны с другими типами атомов в разнообразные молекулы, которые образуют после этого различные вещества. Вот например, h3O, более известная нам всем, как вода, или тот же СН4, также известный, как метан, оба эти элемента содержат в себе молекулы водорода.

 

Смотрите также: Истинные радиационные опасности в нашей окружающей среде

 

Поэтому получается, прежде чем водород может быть использован в качестве альтернативного топлива, он сначала должен быть извлечен из этих самых веществ, а затем уже переведен в особое состояние, то есть как правило, в тот самый сжиженный и необходимый нам вид.

 

На все эти действия потребуются очень большие затраты энергии, а значит и коллосальные материальные средства. К примеру, для извлечения h3 (водорода) из воды с помощью электролиза требуется большое количество электроэнергии, что на данный момент просто нерентабельно. По разным подсчетам стоимость 1 литра сжиженного водорода составляет примерно от $2 долларов и до 8 Евро, в зависимости от способа его добычи.

 

Следующим звеном в цепочке под номером два идет: -отсутствие развитой структурной сети самих водородных заправок. Стоимость оборудования для таких заправочных станций в разы выше, чем у обычной АЗС. Существует различные проекты для водородозаправляющих станций, как от классических АЗС, так и до частных минизаправок. При сегодняшнем развитии смежных технологий все эти проекты чрезвычайно дороги и относительно опасны.

 

Развитие сети водородных заправок дело будущих десятилетий. Именно столько должно пройти времени, чтобы стоимость их постройки была целесообразной.

 

Существуют ли опасности, которые связаны с наличием большого количества чистого водорода скопившегося в одном месте? Безусловно существует. Когда жидкий водород хранится в резервуарах, это безопасно, но стоит ему просочится в окружающую среду, как он моментально превращается в гремучую смесь (гремучий газ).

 

Водородный автомобиль BMW: Прототип

 

В плюсах мы уже отметили, что водородом можно заправлять автомобили с обычным двигателем внутреннего сгорания (в домашних условиях не повторять! ОПАСНО!!!), но однако, этот обычный двигатель проработает на чистом водороде не долго. Он быстро сломается. При сгорании водородной смеси выделяется большее количество тепла, чем при сгорании того же бензина, а это может привести под высокими нагрузками к перегреву клапанов и поршней двигателя. Помимо этого ,под воздействием высоких температур h3 (водород) может влиять на саму смазку в двигателе и на материалы из которых сделан мотор, что непременно приведет к повышенному износу рабочих частей агрегата.

 

Отсюда мы делаем неутешительный вывод: -без очень дорогостоящей модернизации ДВС, которая должна приспособить мотор к работе на этом виде горючего, использование водорода как топлива не приведет к ожидаемому результату.

 

А пока все построенные объекты для заправки автомобилей водородом скорее всего используются в качестве рекламного хода и для демонстрации возможностей будущего.

 

Топливные ячейки стоят на третьей позиции в качестве минусов. Эти вроде безопасные элементы тоже не избежали тернистого пути метода проб и ошибок. Как и с теми же заправочными станциями и с теми же двигателями ДВС, все упирается именно в стоимость применяемых на данный момент технологий.

 

Приведем один пример. В качестве катализатора в этих топливных элементах используется на данный момент платина. А теперь представляете друзья стоимость такой детали?!

 

Некоторые технологии для ДВС настолько дороги, что проще купить жене платиновое кольцо с бриллиантом, чем заменить сломавшуюся деталь в водородном автомобиле.

 

Хорошая новость в этом достаточно дорогом деле заключается в том, что ученные непрерывно день-изо-дня ищут замену этому драгоценному металлу. Разрабатываются все новые технологии, проходят тестирования новые современные материалы. В конечном итоге ученые надеются, что «топливные элементы будущего» могут существенно снизить себестоимость сегодняшних элементов в 1000 раз и более.

 

И наконец последними, возглавляющими наш список минусов водородных технологий являются: — смертельные опасности, связанные с жидким и газообразным водородом.

Возглавляет окончательный список проблем — само возгорание водорода. В присутствии окислителя, т.е. кислорода, водород может сам по-себе просто загореться. Иногда такое возгорание происходит в виде взрыва. Согласно проведенным исследованиям было установлено, что для воспламенения водорода достаточно всего одной 10(десятой) частички энергии, что требуется для воспламенения бензина. Проще говоря можно сказать, что достаточно  всего маленькой искры от статического электричества, чтобы этот гремучий газ вспыхнул.

 

Еще одна проблема кроется в том, что это пламя водорода почти невидимо. При возгорании водорода пламя настолько тускло, что с ним не так-то просто бороться (справиться).

 

Это интересно: 5 «зеленых» технологий из-за которых мы не понимаем, почему бензин до сих пор так популярен

 

А вот друзья еще одно летальное свойство водорода: -он может привести к удушью. h3 конечно не ядовит, но, если вы начнете дышать чистым водородом, то можете просто задохнуться и все потому, что будете просто-напросто лишены обычного кислорода. И хуже того, распознать, что концентрация водорода в воздухе очень высока просто невозможно, так как он совсем невидим и не имеет запаха, так же как и сам кислород.

 

И наконец последняя причина. Как и любой сжиженный газ водород имеет очень низкую температуру. При утечке из бака и непосредственным контактом с открытыми участками тела человека, он может привести к серьезному обморожению.

 

Действительно ли водород на столько опасен?

Наверное, после всего прочитанного Вы будете уважаемые читатели просто в шоке, что водород на столько опасен. И возможно никогда не захочете покупать себе водородный автомобиль, если в будущем у вас появится такая возможность(?).

 

На самом деле не все так уж и плохо. Поскольку газообразный водород чрезвычайно легок, то при утечке он быстро рассеется в самой атмосфере. Тогда ни какой гремучей смеси не получится и опасность взрыва будет сведена к минимуму.

 

Что касается опасности удушья, то мы ответим вам так: –такая проблема может случиться только в замкнутом пространстве, например в гараже. Если же утечка водорода произойдет на открытом воздухе, то его концентрация будет незначительной и небольшой, опасности для жизни она не представляет.

 

И напоследок: -самые известные водородные автомобили современности:

 

Honda FCX Clarity

Mercedes-Benz F-CELL

 

Toyota Mirai

 

BMW Hydrogen 7

 

Mazda RX-8 hydrogen

Водородные двигатели на авто

---

Называть ленивый переход автомобильных двигателей на альтернативные источники энергии, мягко говоря, некорректно. Но тенденция уже намечена. Сначала стандарт Евро1 в 90-х годах прошлого века, потом все плотнее сужающиеся рамки допустимых выбросов в атмосферу. По большому счету, только очень богатые автомобильные производители пока предлагают альтернативу бензину и солярке. А начиналось все совсем не так.

Содержание:

1. Первый автомобиль с водородным двигателем
2. Что такое водородный двигатель
3. Принцип работы двигателя с водородным генератором
4. ДВС на водороде?
5. Недостатки водородных моторов

Первый автомобиль с водородным двигателем

Поскольку речь пойдет сегодня о том, как использовать водородные двигатели на авто, о перспективах их появления на конвейерах автозаводов в принципе, то просто нельзя не вспомнить о том, что такой двигатель появился на 75 лет раньше бензинового силового агрегата. Это было 1806 году, а само изобретение приписывают франко-швейцарскому изобретателю де Ривазу. Как известно, бензиновый двигатель был изобретен только к концу 19 века.

Водородный двигатель призван решить не только экономическую проблему постоянного подорожания нефтепродуктов. В конце концов, нефть когда-то закончится и в тот момент будет поздно думать о ее альтернативе. С другой стороны, ученые ищут замену обычному топливу для автомобильных двигателей в буквальном смысле, чтобы спасти цивилизацию. Атмосфера планеты уже перенасыщена оксидами азота, оксидами серы, углекислым газом. А с ростом количества частного автомобильного транспорта даже в развивающихся странах, ситуация с экологическими показателями атмосферы планеты близка к критической.

Что такое водородный двигатель

Сегодня явно очерчено два направления, в которых работают конструкторы водородомобилей.

1. Проводятся попытки научить работать на водороде обычный двигатель внутреннего сгорания.
2. Использование топливных элементов на водороде для получения электричества, как источника энергии.

Оба эти направления считаются перспективными и уже можно говорить о более-менее результативных экспериментах в этой области.

К примеру, автомобиль Toyota Mirai работает по принципу гибридного автомобиля. Единственный вид используемой энергии — электричество. Но при этом электродвигатель питается как от никель-металлгидридной батареи, так и от водородного топливного элемента, так называемого электрохимического генератора.

Принцип работы двигателя с водородным генератором

Принцип работы водородомобиля не слишком сложен. Вот схематическое изображение устройства и принципа действия водородного агрегата.

1.  Встречный воздух подается через решетки в передней панели и в бампере.
2. Воздух, а точнее, кислород, который находится в воздухе, подается водородный генератор.
3. Генератор вырабатывает электрическую энергию, которая подается в аккумулятор.
4.  Также часть энергии идет на работу электродвигателя.
5.  Электродвигатель через систему привода вращает ведущие колеса.
6. Вода, которая образована в результате химической реакции, сливается из автомобиля или автоматически, или по команде водителя.

Принцип работы водородного генератора также несложен. Он основан на химической реакции водорода и кислорода, в результате молекулярного взаимодействия которых вырабатывается электрическая энергия. Выше мы разместили наглядную схему, показывающую, как работает водородный топливный элемент.

ДВС на водороде?

Еще одно направление, по которому идут изобретатели и конструкторы — применение ДВС, который смог бы работать на смеси водорода и кислорода. Таких наработок существует больше. К примеру, Мазда, Форд, БМВ и МАН уже несколько лет совершенствуют конструкции водородомобилей. За основу они взяли не обычный поршневой двигатель внутреннего сгорания, а роторный. Это объясняется тем, что выпускной и впускной коллекторы расположены довольно близко друг к другу. Выпускной коллектор может нагреваться до очень высоких температур, поэтому есть большая вероятность возгорания топлива вне камеры сгорания. Роторный двигатель лишен такой особенности, поэтому за основу взят именно он.

Однако и стандартный двигатель с кривошипно-шатунным механизмом также был использован в качестве эксперимента на автомобиле БМВ 7-й серии. Это был двигатель, который работал как на бензине, так и на водороде абсолютно независимо. 12-цилиндровый шестилитровый двигатель показывал мощность 260 сил, независимо от вида топлива. Расход водорода на сотню составлял около 50 литров. Водородный бак обеспечивал пробег в 200 км, после чего можно было переключить двигатель на бензин.

Недостатки водородных моторов

Проект провалился. Дело в том, что даже при минимальных переделках конструкции автомобиля, необходимо было устанавливать водородный бак, который занимал половину багажника. Кроме того, инфраструктура водородных заправок в мире насчитывает единицы точек, где можно заправить авто водородом. Добывать водород своими руками не имеет никакого смысла, масштабы не те, да и заправочное оборудование должно быть идеально герметичным.

Ученые прогнозируют более динамичное развитие инфраструктуры водородных заправок только к 2030 году, не ранее. Получать чистый водород можно только двумя путями — либо методом электролиза, либо выделять его из природного газа, поскольку в природе чистого водорода не существует.

Перспектива получать водород из воды выглядит заманчиво, но инвесторы не стоят в очереди на финансирование постройки оборудования, необходимого для получения летучего газа из обычной воды. Разработки продолжаются, нефть потихоньку заканчивается, поэтому человечеству стоит задуматься об альтернативных видах топлива несколько активнее, пока не поздно. А пока, удачных всем дорог на наших дизельных и бензиновых автомобилях.

Читайте также:

---

Создание и будущее водородного двигателя

После нескольких лет обещаний, что водород является чистым топливом будущего, только потому, что ничего особенного не произошло, теперь кажется, что будущее, наконец, почти наступило.

Производители автомобилей, включая Mazda и Toyota, в настоящее время разрабатывают водородные двигатели для своих транспортных средств, и эти двигатели однажды могут заменить не только технологию водородных топливных элементов и традиционные двигатели внутреннего сгорания, но, возможно, даже электромобили.

Однако, в то время как рынок электромобилей движется вперед, использование технологии водородных двигателей в коммерческих автомобилях все еще находится на начальной стадии, и возможность использования газообразного водорода в качестве полезной и практической альтернативы еще предстоит доказать.

Что такое водородный двигатель?

Источник: Тим Моссхолдер / Unsplash

Водородный двигатель — это усовершенствованная версия традиционных двигателей внутреннего сгорания, в которых в качестве топлива используется жидкий водород вместо бензина. Автомобиль, работающий на водородных двигателях, называется автомобилем с водородным двигателем внутреннего сгорания (HICEV).Они отличаются от электрифицированных транспортных средств на водородных топливных элементах (FCEV), таких как Toyota Mirai или Hyundai Tucson, в которых используется топливный элемент, в котором водород химически реагирует с кислородом в воздухе для производства электричества, которое приводит в действие электродвигатель.

Водородные двигатели вырабатывают энергию за счет сгорания водорода и используют системы подачи и впрыска топлива, которые являются модифицированными версиями систем, используемых с бензиновыми двигателями. За исключением сгорания небольшого количества моторного масла, что также имеет место в бензиновых двигателях, водородные двигатели не выделяют CO2 при использовании.

Источник: onurdongel / iStock

Водородные двигатели выделяют в основном воду или водяной пар в качестве побочного продукта, но процесс производства водородного топлива может вызвать выбросы парниковых газов. Однако одно исследование показало, что даже если водород извлекается самым неэффективным способом, это, вероятно, сократит выбросы CO2 более чем на 30% по сравнению с бензином.

Разница между HICEV и FCEV

Ключевое различие между HICEV и FCEV заключается в способе использования водорода в этих транспортных средствах.Первый включает в себя сгорание водорода, в то время как последний выполняет электрохимическую реакцию и использует жидкий водород для выработки энергии для своего электродвигателя.

Источник: Global Market Insights

Технология водородных двигателей внутреннего сгорания (HICE) все еще находится на ранней стадии разработки. Между тем, мировой рынок электромобилей на топливных элементах уже преодолел отметку в 1 миллиард долларов США, и в ближайшие годы ожидается, что он будет демонстрировать ежегодный рост примерно на 38%.

Происхождение и эволюция водородного двигателя

Источник: Sam Loyd / Unsplash

В 1806 году Франсуа Исаак де Риваз создал экспериментальный двигатель внутреннего сгорания, в котором в качестве топлива использовалась смесь водорода и кислорода. Двигатель De Rivaz считается самым первым в мире двигателем, работающим на водороде.

De Rivaz Engine Источник: Mobility Head

Вскоре после этого, в 1820 году, преподобный У. Сесил написал для Кембриджского философского общества статью под названием «О применении водородного газа для производства движущейся энергии в машинах». В этой статье описан двигатель, работающий по принципу вакуума, где вакуум создается за счет сжигания газообразного водорода.

Примерно 150 лет спустя Пол Дигес запатентовал модификацию двигателя внутреннего сгорания, которая могла работать как на бензине, так и на водороде. Конечно, к тому времени автомобили с бензиновым двигателем были нормой, и лишь немногие производители видели необходимость в разработке автомобилей с водородным топливом.

В последующие годы пагубные последствия использования ископаемого топлива для увеличения загрязнения воздуха, здоровья, глобального потепления, кислотных дождей и других областей в транспортных средствах и промышленности стали широко признаваться вместе с их воздействием.Ученые, активисты, лидеры и исследователи начали выражать озабоченность по поводу увеличения выбросов CO2 и экологических рисков, связанных с добычей и использованием ископаемого топлива.

Растущие экологические проблемы и спрос на экологически чистые альтернативы энергии заставили многие автомобильные компании сосредоточиться на разработке топлива с низким содержанием свинца, а затем на водороде и электромобилях.

В начале 2000-х годов японский автопроизводитель Mazda начал устанавливать двигатели Ванкеля на свою модель RX-8.Двигатель Ванкеля — это тип двигателя внутреннего сгорания, в котором используется эксцентриковая поворотная конструкция для преобразования давления во вращательное движение. При заданной мощности они компактнее и весят меньше двигателя внутреннего сгорания. Их также можно легко преобразовать для работы на водороде.

Совсем недавно они обновили конструкцию, разработав водородный роторный двигатель RENESIS, в котором используется инжектор газообразного водорода с электронным управлением и который может быть адаптирован для работы в качестве гибридного бензин-водородного двигателя.

BMW Hydrogen 7 Источник: More Cars / Wikimedia Commons

На этом работа по разработке эффективного водородного двигателя не закончилась.Примерно в 2006 году BMW разработала двухтопливный водородно-бензиновый двигатель внутреннего сгорания для своего ограниченного производства Hydrogen 7, который был разработан, чтобы продемонстрировать, что водород может работать в качестве топлива. Во время испытаний автомобилю удалось разогнаться со скоростью 187 миль в час (301 км / ч), и компания также заявила, что их водородный автомобиль достиг нулевого уровня выбросов CO2.

Однако претензии BMW были позже отклонены Агентством по охране окружающей среды США (EPA), указавшим, что автомобиль все еще выделяет углерод в результате испарения моторного масла.Кроме того, эффективность автомобиля при работе на водороде была чрезвычайно низкой, в среднем около 5,6 миль на галлон (50 л / 100 км). В основном это было связано с разницей в плотности энергии бензина и водорода.

Преимущества водородных двигателей

Источник: NASA / Unsplash

Существуют различные важные причины, по которым водородные двигатели считаются некоторыми будущим автомобильной промышленности, и почему производители автомобилей тратят миллионы долларов на их создание. эффективные гидродвигатели.

Эксперты и компании в области энергетики считают, что водород может служить бесконечным и относительно низкоуглеродным источником энергии. Это также может стать жизнеспособной альтернативой использованию тяжелых металлов в батареях, которые наносят ущерб окружающей среде и могут стать очень дорогими в ближайшие годы с ростом электромобилей.

Источник: Global Market Insights

Низкая энергия воспламенения и высокая эффективность

Водородный ДВС имеет низкую энергию воспламенения по сравнению с обычными бензиновыми двигателями, поскольку при сжигании водорода в этих двигателях используются более низкие температуры пламени и меньшая теплопередача.Это позволяет двигателю работать на очень бедных смесях и при этом быстро сгорать. Кроме того, из-за высокого коэффициента диффузии (водород смешивается с воздухом быстрее, чем бензин) использование водорода снижает опасность, связанную с возможными утечками.

Без выбросов углерода

Считается, что водородные двигатели обеспечивают больший объем повышения энергетической безопасности и сокращения выбросов углекислого газа. Это связано с тем, что при работе этих транспортных средств на водороде в качестве побочных продуктов не выделяются углеродные соединения.

Быстрая заправка

Поскольку водород имеет низкую объемную плотность энергии, его необходимо хранить в виде сжатого газа, чтобы обеспечить запас хода обычных транспортных средств. Это требует использования резервуаров высокого давления, способных хранить водород с плотностью 5 000 или 10 000 фунтов на квадратный дюйм (psi). Розничные диспенсеры, которые устанавливаются на автозаправочных станциях, могут заполнить эти баки примерно за 5 минут. Это намного быстрее, чем время, необходимое для подзарядки электромобилей, даже при быстрой зарядке.Хотя, конечно, электромобили можно заряжать дома, а водородные автомобили — нет. Другие технологии хранения находятся в стадии разработки, включая химическое связывание водорода с таким материалом, как гидрид металла или низкотемпературные сорбирующие материалы.

Альтернативный источник энергии

Поскольку двигатели внутреннего сгорания могут быть адаптированы для сжигания водорода вместо бензина или в дополнение к нему, ряд стран работают над инициативой по увеличению производства водорода для использования в качестве топлива в самолетах. , корабли и даже для выработки электроэнергии.Если водород производится с использованием альтернативной энергии, это может быть рентабельным способом быстрого сокращения использования ископаемого топлива в ряде областей.

Недостатки водородных двигателей

Источник: Tramino / iStock

Несмотря на многочисленные достоинства их использования, водородные двигатели до сих пор не используются в больших масштабах, и существуют многочисленные сложности, связанные с водородным топливом. Рост эффективных транспортных средств с батарейным питанием и FCEV также привел к потере интереса производителей автомобилей и новаторов к разработке HICE.Помимо этого, существует также ряд серьезных проблем, которые необходимо решить, прежде чем это станет практической альтернативой электромобилям.

Дорогая технология

Процесс извлечения водорода является дорогостоящим и энергоемким. Хотя FCEV, работающий на водороде, считается транспортным средством с нулевым уровнем выбросов, извлечение самого водорода не означает нулевого выброса. В настоящее время большая часть водорода извлекается с помощью парового риформинга, при котором высокотемпературный пар сочетается с природным газом для извлечения водорода.

Водород можно также получать из воды с помощью электролиза. Это более энергоемко, но может быть выполнено с использованием возобновляемых источников энергии, что позволит устранить значительную часть выбросов. Однако стоимость производства водорода по-прежнему выше, чем у бензина (или электричества), поэтому необходимо будет немного их снизить, прежде чем водородные двигатели станут рентабельными в больших масштабах.

Более низкая плотность энергии

Водород не такой энергоемкий, как другие виды топлива, а это означает, что вам нужно больше его для выполнения определенного объема работы.Добавьте к этому присущую поршневому двигателю неэффективность, и водородные двигатели не дают в целом значительного энергетического преимущества.

Загрязнение

Хотя водородные двигатели не выделяют углерод, из-за тепла, выделяемого в камере сгорания, оксид азота может образовываться как побочный продукт. Это соединение вредно для окружающей среды, а это означает, что, хотя водородные двигатели имеют нулевой выброс углерода, они не являются свободными от выбросов.

Проблемы безопасности

Транспортные средства, работающие на водородных двигателях внутреннего сгорания, оборудованы баками для водородного топлива под давлением.Эти резервуары спроектированы так, чтобы быть очень безопасными, но в случае утечки легковоспламеняющийся водород может вызвать серьезные повреждения. Решением может быть установка в автомобиле специальных датчиков для обнаружения любых таких утечек, за что приходится платить.

Большой размер и пониженная выходная мощность

Для водородных двигателей внутреннего сгорания стехиометрическое соотношение воздух / топливо составляет 34: 1. Это означает, что водородный двигатель использует вдвое больше воздуха для полного сгорания.

Однако это также приводит к снижению выходной мощности, и, следовательно, водородный двигатель имеет тенденцию выдавать только половину мощности по сравнению с бензиновым двигателем того же размера.Чтобы уравновесить эту потерю мощности, водородные двигатели делают больших размеров и часто оснащены турбонагнетателем.

Будущее, факты и тенденции, связанные с водородной энергетикой

Производство чистого водорода Источник: Ballard Power

• Автомобильный сектор не единодушен в целесообразности использования водородной технологии для сегмента легковых автомобилей, и некоторые производители автомобилей, такие как Volkswagon и Audi больше не работает над разработкой HICEV, вместо этого сосредоточившись на электромобилях.Другие автопроизводители, в том числе Toyota, Renault и Hyundai, более оптимистично настроены в отношении автомобилей, работающих на водороде, и, как ожидается, продолжат разработку водородных двигателей. Toyota Mirai HFCV был представлен в 2014 году и с декабря 2019 года продано 10300 автомобилей по всему миру, в то время как южнокорейская Hyundai производит внедорожник Nexo с водородным двигателем.
• Для ускорения производства водорода Европейский Союз поставил цель установить по всему континенту электролизеры мощностью 40 гигаватт.Испания уже объявила о плане потратить 10,5 млрд долларов (8,9 млрд евро) на строительство водородных электролизеров мощностью 4 гигаватта (ГВт), работающих на солнечной энергии. Другие страны, в том числе Дания, создают заводы для увеличения производства водорода при электролизе на основе электроэнергии. Даже лидер ОПЕК Саудовская Аравия строит завод по производству экологически чистого водорода.

• Корпорация Microsoft тестирует использование водородных топливных элементов для замены дизельных генераторов в качестве резервного источника питания.Американский стартап ZeroAvia планирует создать самолет с водородным двигателем к 2024 году.
• Израильский производитель двигателей, Aquarius Engines, разработал новый водородный двигатель весом 22 фунта (10 кг), в котором используется уникальная система внутреннего газообмена, и компания утверждает, что это легкая, экономичная и экологически чистая альтернатива традиционным двигателям внутреннего сгорания.

• Asian Renewable Energy Hub — крупный проект в области устойчивой энергетики в Австралии, который в настоящее время находится в стадии реализации.При полной функциональности планируется вырабатывать более 50 ТВт / ч электроэнергии за счет солнечной и ветровой энергии. Основная часть этой электроэнергии будет использоваться для производства аммиака и чистого водорода.
• В настоящее время в США и Великобритании доступны только три автомобиля с водородным двигателем, это Honda Clarity, Toyota Mirai и Hyundai Nexo. Однако ожидается, что в ближайшие годы это число будет расти, поскольку многообещающие разработки в области водородной энергетики и технологии двигателей происходят во всем мире.

Хотя водородные двигатели по-прежнему сталкиваются с рядом проблем, ожидается, что в ближайшие годы рынок водорода как экологически чистого источника энергии будет быстро расти, и, по некоторым оценкам, к 2030 году он достигнет 70 миллиардов долларов. По данным Bloomberg New Energy Finance, на стадии разработки находятся проекты «зеленого» водорода в разведке, добыче и переработке нефти на сумму более 90 миллиардов долларов. Что бы ни случилось с автомобилями HICE, использование возобновляемого водорода в качестве источника энергии будет продолжать расти.

Почему водородные двигатели внутреннего сгорания — не лучшая идея

Водородная энергия для транспортных средств звучит заманчиво: вода — единственный выброс, а водород, кажется, доступен везде, верно?

Неправильно.

Водород может приводить в действие автомобили, но то, как он приводит в действие , имеет решающее значение. Двигатели водородного внутреннего сгорания сильно отличаются от автомобилей на водородных топливных элементах, и Джейсон Фенске из Engineering Explained разбирает оба этих момента в видео.

Самая главная причина, по которой водородные двигатели внутреннего сгорания не годятся? Они создают оксид азота, который вреден для людей и окружающей среды.Несмотря на то, что углерод не является частью процесса сгорания водорода, NOx не является компромиссом, поскольку автопроизводители стремятся к автомобилям с нулевым уровнем выбросов.

Во-вторых, водородные двигатели внутреннего сгорания во многих отношениях не так эффективны, как водородные топливные элементы. К тому времени, когда водород попадает в двигатель, через трансмиссию и в дифференциал, приводящий в движение колеса автомобиля, передается только 25 процентов потенциальной энергии водорода. В водородном топливном элементе водород попадает в топливный элемент, где электроны отправляются в преобразователь, затем в блок управления мощностью и в электродвигатель.Затем двигатель приводит в действие редуктор, приводящий в движение колеса автомобиля. Несмотря на многочисленные передачи, топливная энергия водорода более эффективно передается на колеса, до 50 процентов по данным Фенске.

В основном автомобили на топливных элементах — это электромобили, работающие на водороде.

Эффективность также имеет каскадный эффект. Поскольку водород занимает много места при хранении, автомобили с водородными топливными элементами могут иметь меньшие топливные баки по сравнению с автомобилями, работающими на водороде.А поскольку водород не совсем дешев, топливный элемент гораздо более эффективен в эксплуатации и потребляет на 25 процентов меньше энергии, чтобы выполнять ту же работу, что и двигатель водородного внутреннего сгорания.

Если вам не терпится получить дополнительную информацию о водороде и о том, как он питает топливные элементы и двигатели, нажмите «Играть» выше.

Почему бы нам просто не запустить двигатели внутреннего сгорания на водороде?

Мы знаем, что нам нужно найти замену ископаемому топливу. Автопроизводители прилагают все усилия, чтобы найти решение этой дилеммы.Похоже, что большинство из этих решений связано с избавлением от наших любимых двигателей внутреннего сгорания. Но не могли бы мы просто перепроектировать типичный поршневой двигатель, чтобы он работал на чем-то более чистом, например, на водороде?

Если бы это было так просто. Как объясняет Джейсон Фенске из Engineering Explained, вы можете сконструировать поршневой двигатель, работающий на водороде. Это было бы не очень хорошо.

Водород — заманчивое альтернативное топливо. При правильном сжигании выделяется только водяной пар. Уже в этом месяце Fenske изучает возможности водорода в нескольких видеороликах, как в качестве топлива для поршневых двигателей, так и для роторных двигателей.

Есть две основные проблемы с водородным двигателем внутреннего сгорания. Во-первых, водород не такой энергоемкий, как другие виды топлива, а это означает, что вам нужно много его, чтобы выполнить небольшую работу. Добавьте к этому присущую поршневому двигателю неэффективность (в лучшем случае вы превращаете только около 30 процентов энергии топлива в поступательное движение), и вы получите рецепт разочарования.

Вторая проблема? Когда вы сжигаете водород, вы получаете другие выбросы, помимо водяного пара.В основном, вы получаете NOx, токсичные выбросы, лежащие в основе скандала с мошенничеством с дизельными двигателями Volkswagen. Если вы ищете чистую альтернативу бензину, выбросы водорода NOx исключают его из эксплуатации.

Ответ? Используйте водород в топливном элементе для выработки электроэнергии. Топливные элементы намного эффективнее двигателей внутреннего сгорания, а водородный топливный элемент имеет более чистые выбросы, чем водородный двигатель внутреннего сгорания. Чтобы узнать больше, посмотрите полное видео Фенске ниже.

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

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.

Основы водорода — Двигатели внутреннего сгорания

Водород обладает высокой удельной энергией, высокой скоростью пламени, широким диапазоном воспламеняемости и характеристиками чистого горения, которые предполагают возможность высокой производительности в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).Эти атрибуты были реализованы более чем полвека с начала разработки водородных двигателей. В начале 1990-х годов FSEC провела исследования по использованию водорода в ДВС. Результатом этой работы стала разработка смешанного топлива под названием HYTEST. Сегодня производители автомобилей и Министерство энергетики продолжают работать над водородными ДВС.

Заправка водородом / природным газом (топливо HYTEST) Ford Ranger, FSEC h3 Lab (Фото.Спенсер)

Существует четыре основных вопроса, касающихся двигателей и транспортных средств, работающих на водороде: обратная вспышка двигателя и восприимчивость водорода к поверхностному воспламенению, несколько пониженная мощность двигателя, выбросы большого количества оксида азота (NOx) и проблема хранения топлива на борту и безопасность. Хотя частичные решения были найдены для большинства этих проблем, до сих пор нет единого мнения о наилучшем методе окончательного решения всех этих проблем.

Что касается характеристик водородного двигателя, его предел воспламеняемости в воздухе является наиболее важным фактором. Низкий предел воспламеняемости водорода на обедненной смеси дает возможность довольно успешно использовать концепцию двигателя с обедненной смесью (LBE) с водородными двигателями. Концепция LBE относится к более обедненной работе двигателя (более высокое отношение массы воздуха к топливу), чем к стехиометрической (химически правильное соотношение воздух-топливо). Объем работы, выполняемой в процессе расширения в двигателе, работающем на обедненной смеси, относительно велик (из-за более низкой температуры цикла), что приводит к пропорционально более высокому тепловому КПД.

Концепция LBE с водородом дополнительно упрощает и способствует использованию так называемого «регулирования смеси» или «контроля качества» при малых нагрузках двигателя. В отличие от двигателей, работающих на бензине, которые требуют дросселирования при более низких нагрузках двигателя, двигатели, работающие на водороде, могут работать на пониженных уровнях мощности, ограничивая только скорость подачи топлива, не ограничивая расход всасываемого воздуха. Таким образом, полностью исключаются «насосные потери» двигателя, которые возникают при использовании дроссельной заслонки.Высокая температура самовоспламенения водорода дает возможность эксплуатировать двигатели, работающие на водороде, при более высоких степенях сжатия, чем те, которые обычно используются с бензиновыми двигателями. Результатом является дальнейшее увеличение указанного теплового КПД.

Препятствия для использования водорода в ДВС вызваны его низкой энергией воспламенения и широкими пределами воспламеняемости. Это делает водородные двигатели особенно склонными к преждевременному воспламенению. Ситуация усугубляется высокой скоростью пламени водорода.Предварительное зажигание приводит к опасным обратным вспышкам в карбюратор и плохой работе и, как полагают, происходит из-за развития поверхностных «горячих точек». Индукционное зажигание может произойти из-за чрезмерных температур как компонентов камеры сгорания, так и небольших отложений на поверхности или взвешенных частиц. Исключительно низкая энергия воспламенения водорода требует, чтобы средняя температура, преобладающая в пространстве сгорания во время индукции, была достаточно низкой, чтобы избежать образования горячих точек.Для этого требуется соответствующее охлаждение головки блока цилиндров, поршня, клапанов, стенки камеры сгорания и использование холодных свечей зажигания (свечи зажигания с неплатиновыми наконечниками). Одним из способов уменьшить влияние горячих точек камеры сгорания на преждевременное воспламенение свежего заряда является использование методов термического разбавления. Необычные характеристики тепломассопереноса водорода делают практически необходимым переосмысление конструкции камеры сгорания и системы охлаждения, чтобы в полной мере использовать уникальные свойства водорода.

Другой важный вопрос, связанный с работой двигателя, особенно с почти стехиометрическими смесями водорода и воздуха, — это степень образования NOx. Эта проблема решается с использованием любого типа термического разбавления заряда за счет использования избыточного воздуха (концепция обедненного сжигания), впрыска воды в цилиндр и рециркуляции выхлопных газов. Коллективные результаты многих исследователей, по-видимому, указывают на то, что для того, чтобы в полной мере использовать преимущества концепции сжигания обедненной смеси и широкие пределы воспламеняемости водорода для снижения выбросов NOx до приемлемых уровней, необходимо ограничить работу двигателя коэффициентами эквивалентности, равными примерно 0.65 или ниже. Также возможно достичь низких уровней выбросов NOx с водородными двигателями, использующими внутреннее смесеобразование с помощью DCI или впрыска в порт. В методике внутреннего смесеобразования водород впускается в камеру сгорания непосредственно и под давлением. Этот подход потребовал разработки системы криогенного впрыска под высоким давлением, а также конструктивных камер сгорания, которые способствуют турбулентности и быстрому перемешиванию водорода и воздуха в цилиндре.Представляется, что возможны мощные водородные двигатели, работающие на обедненной смеси, которые также производят минимальные выбросы NOx.

Персонал

FSEC провел большую работу по использованию водорода и природного газа в качестве топлива для ДВС, изучив перспективы смешивания водорода с природным газом для улучшения характеристик двигателя и снижения выбросов двигателя. Исследователи начали работу со смешивания небольшого количества водорода (от 5 до 10 процентов) с природным газом, но результаты показали, что для достижения желаемого сокращения выбросов потребуются смеси, содержащие более 20 процентов водорода.

Эта работа была сосредоточена на смеси обогащенного водородом природного газа, которая позволила увеличить «предел сжигания обедненной смеси» и, таким образом, снизить выбросы двигателя без использования каталитического нейтрализатора. В ходе этой работы компания FSEC провела серию испытаний смеси метана, обогащенной водородом более 30%, которая использовалась для работы двигателя V8 объемом 350 кубических дюймов. Результаты показали, что выбросы оксидов азота могут быть снижены примерно на 90 процентов по сравнению с автомобилями с бензиновым двигателем.FSEC назвала водородно-метановую смесь HYTEST (любое водородно-метановое топливо с содержанием водорода более 20 процентов) и получила патент на топливо.

Для получения дополнительной технической информации о водородных ДВС см. Http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/tech_validation/pdfs/fcm03r0.pdf.

Двигатель

LiquidPiston теперь работает на водороде

Разработчик линейки усовершенствованных роторных дизельных и многотопливных двигателей внутреннего сгорания расширяет свою деятельность в области возобновляемых источников энергии.Двигатель X-Engine LiquidPiston, о котором мы говорили ранее и который помогает ВВС в разработке концепций вертикального взлета и посадки, теперь может работать на водороде.

Успешное использование газообразного водорода для питания X-Engine, который является роторным двигателем, но отличается от двигателей Ванкеля, которые приобрели некоторую плохую репутацию в коммерческом применении, демонстрирует, что возобновляемые источники энергии — это возможный путь вперед с внутренними электростанции внутреннего сгорания, особенно в авиации, где оптимальное соотношение мощности к массе имеет первостепенное значение.

Но для своего последнего подтверждения концепции компания оставалась ближе к земле — гораздо ближе. Чтобы продемонстрировать жизнеспособность водородного топлива, используемого в X-Engine, которое ранее тестировалось только в лаборатории, команда LiquidPiston удалила традиционный 39-фунтовый двигатель картинга и заменил его на 4,5-фунтовый X-Engine, который вы можете см. во встроенном видео.

Принцип

LiquidPiston для роторного двигателя состоит в том, что бензиновые двигатели неэффективны, дизельные двигатели большие и тяжелые, а электрическая мощность / батареи намного весят по сравнению с тем, что они производят.Двигатели LiquidPiston в 10 раз меньше и легче традиционных дизельных двигателей и увеличивают эффективность на 30 процентов. Интересно, что эффективность и соотношение мощности и веса делают эти двигатели полезными для выработки бортовой электроэнергии, расширяя возможности электромобилей.

Это особенно полезно для таких концепций, как Urban Air Mobility, иногда называемых летающими автомобилями. Есть амбициозные проекты по запуску испытательных автомобилей в небе над крупными городскими центрами США и Европы в ближайшие несколько лет.UAM сочетает в себе современные двигательные и аккумуляторные технологии с достижениями в области робототехники, машинного зрения и искусственного интеллекта, и результатом может стать фундаментальное переосмысление того, как мы перемещаемся в городах и вокруг них.

Проблема в том, что технология электромобилей, предлагая такие преимущества, как снижение шума, имеет серьезные ограничения по плотности энергии по сравнению с двигателями внутреннего сгорания. Вот где небольшой двигатель внутреннего сгорания, если его можно заставить работать чисто и эффективно, может изменить правила игры.За счет выработки бортовой электроэнергии потребности таких транспортных средств в накоплении энергии могут быть значительно уменьшены, а дальность полета и мощность увеличены.

Водород — шестая разновидность топлива, которая, как было показано, приводится в действие X-Engine наряду с бензином, пропаном, керосином, дизельным топливом и топливом для реактивных двигателей.

Cummins начинает испытания двигателя внутреннего сгорания, работающего на водороде

Компания Cummins начала испытания двигателя внутреннего сгорания, работающего на водороде. Проверочные испытания основаны на существующем технологическом лидерстве Cummins в области применения газообразного топлива и силовых агрегатов.

Компания Cummins восхищена потенциалом водородного двигателя по сокращению выбросов и обеспечению мощности и производительности для клиентов. Мы используем все новые платформы двигателей, оснащенные новейшими технологиями для повышения удельной мощности, снижения трения и повышения теплового КПД, что позволяет нам избежать типичных ограничений производительности и компромиссов эффективности, связанных с переводом дизельных или газовых двигателей на водородное топливо. Мы добились значительного технологического прогресса и продолжим двигаться вперед.Мы с оптимизмом смотрим на вывод этого решения на рынок.

— Срикантх Падманабхан, президент подразделения двигателей

После проверочных испытаний компания планирует оценить двигатель для различных применений на шоссе и бездорожье, поддерживая усилия компании по ускорению декарбонизации коммерческих автомобилей.

Программа водородных двигателей потенциально может расширить технологические возможности, доступные для достижения более устойчивого транспортного сектора, дополняя наши возможности в области водородных топливных элементов, аккумуляторных электрических и возобновляемых силовых агрегатов, работающих на природном газе.

— Джонатон Уайт, вице-президент по разработке двигателей

Водородные двигатели предлагают производителям оборудования и конечным пользователям преимущество адаптируемости за счет продолжения использования знакомых механических трансмиссий с интеграцией транспортных средств и оборудования, отражающей интеграцию существующих трансмиссий, при этом продолжая обеспечивать мощность и возможности для удовлетворения потребностей приложений.

В водородных двигателях можно использовать экологически чистое водородное топливо, производимое электролизерами производства Cummins, с почти нулевым выбросом CO ₂ через выхлопную трубу и почти нулевым уровнем NO _x .Предполагаемые инвестиции в производство возобновляемого водорода во всем мире предоставят растущую возможность для развертывания парка автомобилей, работающих на водороде, использующих либо топливные элементы Cummins, либо двигатели, заявляет компания.

Cummins инвестирует в ряд технологий для поддержки транспорта на водородной основе, включая водородные двигатели, топливные элементы, электролизеры и резервуары для хранения.

Совместное предприятие Cummins со специалистом по хранению водорода NPROXX (предыдущая публикация) добавляет возможность интеграции топливного элемента или водородного двигателя с баками газовых баллонов высокого давления и линиями подачи на транспортном средстве.NPROXX также является ведущим поставщиком контейнерных емкостей для хранения, обеспечивающих быструю заправку водородом для конечных пользователей.

Роль Cummins в расширении водородной экосферы выходит за рамки топливных элементов и решений для хранения и производства декарбонизированного возобновляемого водорода, с опытом более 600 электролизеров по всему миру. Модульная масштабируемость электролизеров подходит для целого ряда приложений, от локальных поставок грузовых автомобилей и автобусов до электролиза в коммунальном хозяйстве.

FEV продвигает вперед разработку водородных двигателей внутреннего сгорания — пресс-релиз FEV

08. Октябрь 2020

FEV разрабатывает водородные двигатели внутреннего сгорания как надежный и экономичный вариант для транспортировки с нулевым выбросом CO2, который может быть быстро реализован в рамках существующей производственной инфраструктуры, а также предлагает потенциал для существующих транспортных средств. Источник: FEV Group

Ахен, Германия, октябрь 2020 г. — С тех пор, как Европейский Союз инициировал «Европейский альянс чистого водорода» в июле 2020 г., водородный ДВС (двигатель внутреннего сгорания) все больше и больше находится в центре внимания в дебатах индустрии мобильности о приводе с нулевым уровнем выбросов. решения.Компания FEV из Аахена, ведущий международный разработчик транспортных средств и трансмиссий, приветствует эту открытость к технологиям, касающимся будущих решений в области мобильности, и имеет почти четыре десятилетия опыта в разработке водородных двигателей.

Расширение электронной мобильности рассматривается как важный шаг на пути к достижению поставленных климатических целей. «Однако мы всегда должны учитывать соответствующий сценарий применения при выборе технологии», — сказал профессор Стефан Пишингер, президент и генеральный директор FEV Group.«Это вызвало значительную активизацию дебатов вокруг водородного двигателя как еще одной устойчивой формы привода с огромным потенциалом для многих областей».

В качестве возобновляемого источника энергии с нулевым выбросом CO2 водород может транспортироваться на большие расстояния и использоваться для хранения большого количества энергии. Использование водорода может обезуглероживать те части транспортного сектора, где электрификация за счет использования тяжелых аккумуляторов неэффективна, в том числе для коммерческих автомобилей, автобусов, больших легковых автомобилей и даже поездов и кораблей.

Инфраструктура, которая, как ожидается, будет создана к 2030 году, возрождает дебаты о наиболее подходящем способе использования водорода. Одним из преимуществ топливных элементов является их высокий КПД при низких нагрузках. Но при более высоких удельных нагрузках их уровень эффективности ухудшается по сравнению с водородным двигателем внутреннего сгорания, эффективность которого может быть хуже при низких нагрузках, но тем выше, чем выше нагрузка. Другими словами, преимущества эффективности зависят от нагрузки.

Несмотря на известные преимущества, разработка топливных элементов все еще находится на начальной стадии, и очень немногие методы разработки и тестирования пока внедрились. С другой стороны, водородный двигатель внутреннего сгорания — это надежный и экономичный вариант для транспортировки с нулевым выбросом CO2, который может быть быстро реализован в рамках существующей производственной инфраструктуры, а также предлагает потенциал для существующих транспортных средств.

Основными направлениями развития водородного двигателя внутреннего сгорания являются

• топливопроводящие компоненты
• система зажигания
• вентиляция картера
• непосредственный впрыск топливной смеси система
• зарядка
• контроль двигателя
• обработка выхлопных газов

Поскольку водород является углеродно-нейтральным топливом, из сгоревшей смазки образуется лишь минимальное количество компонентов выбросов: углеводородов (HC), монооксида углерода (CO), диоксида углерода (CO2) и сажи.Таким образом, сокращение потребления масла является еще одним направлением развития. Основным компонентом выхлопных газов является оксид азота (NOx). Благодаря очень высокой ламинарной скорости горения и широким пределам воспламенения водород позволяет сжигать обедненную смесь с большим количеством избыточного воздуха. Низкие температуры выхлопных газов означают, что даже без дополнительной обработки выхлопных газов уровень оксида азота уже ниже текущих пределов. Последующая обработка является эффективным средством дальнейшего снижения выбросов NOx.Эффективное сжигание обедненной смеси также дает преимущество в расходе по сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания.

FEV имеет почти сорокалетний опыт работы в этой области и послужной список успешно реализованных проектов — от разработки водородных двигателей внутреннего сгорания для легковых и коммерческих автомобилей до стационарных и внедорожных двигателей. Обширный спектр услуг компании также включает разработку отдельных компонентов, таких как форсунки для прямого впрыска и многоступенчатые системы зарядки.FEV также применяет свой обширный опыт от разработки обычных трансмиссий до водородных двигателей.

«Наши клиенты ценят тот факт, что FEV — это универсальный магазин, который может предоставить все услуги по разработке от начала до конца», — сказал профессор Пишингер. «Это включает в себя разработку и проектирование, строительство, интеграцию транспортных средств, ввод в эксплуатацию, калибровку и тестирование компонентов и полных водородных двигателей». FEV имеет специальные испытательные стенды в Ахене, на которых можно проводить испытания водородных двигателей внутреннего сгорания мощностью до 640 кВт.

FEV также проводит серию онлайн-семинаров на тему «Будущее, основанное на водороде»: https://fev-live.com/online-seminars/hydrogen-powered-future/

О компании FEV
FEV — ведущий независимый международный поставщик услуг по разработке оборудования и программного обеспечения для транспортных средств и силовых агрегатов. Спектр компетенций включает разработку и тестирование инновационных решений вплоть до серийного производства и все сопутствующие консультационные услуги. Спектр услуг по разработке транспортных средств включает проектирование кузова и шасси, включая точную настройку общих характеристик транспортного средства, таких как поведение при вождении и т. Д. NVH.FEV также разрабатывает инновационные системы освещения и решения для автономного вождения и связи. Деятельность по электрификации силовых агрегатов распространяется на мощные аккумуляторные системы, электронные машины и инверторы. Кроме того, FEV разрабатывает высокоэффективные бензиновые и дизельные двигатели, трансмиссии, EDU, а также системы топливных элементов и облегчает их интеграцию в автомобили, подходящие для омологации. Альтернативные виды топлива — это еще одна область развития.

Портфель услуг дополняется специализированными испытательными стендами и измерительной техникой, а также программными решениями, которые позволяют эффективно переносить основные этапы разработки вышеупомянутых разработок с дороги на испытательный стенд или моделирование.

В настоящее время в FEV Group работает 6300 высококвалифицированных специалистов в ориентированных на клиента центрах разработки в более чем 40 точках на пяти континентах.

.