Двигатели работающие на воде: В Малайзии изобретен двигатель, работающий на воде :: Autonews

Водный двигатель принцип работы — Авто Портал

https://cont.ws/@sage/1460482/2019/09/30/ Автомобиль с водородным двигателем Toyota Mirai.

В далёком 2008 году, японская компания Genepax, представляет на автомобильной выставке в Осаке, автомобиль, работающий на воде. Своё изобретение, предприимчивые японцы, запатентовали в Европейском патентном ведомстве. Можно вдохнуть свободно: наконец-то, прорыв!

Автомобиль компании Genepax, работающий на воде.

Но, не тут-то было. Ходу этому изобретению не дали. Наоборот, изобретение вызывает, в определённых кругах, досаду и негодование. Оно способно негативно повлиять на способ ведения устоявшегося бизнеса владельцев компаний в энергетической отрасли.

Что же осмелились создать японцы — расплата за смелость

Японские изобретатели создали автомобиль, работающий на обычной воде. Вода может быть из крана или любого источника. В пути — это может быть и бутылка с водой, купленная в ближайшем магазинчике.

Водяной бак с устройством, генерирующий водородное топливо.

Для того, чтобы он начал движение, — ему нужно всего один литр воды, и один час езды обеспечен. Скорость автомобиля до 80 километров в час.

Воду нужно залить в бак, соединённый с устройством, которое посредством электрического тока, расщепляет воду на кислород и водород.

Так генерируется топливо – перекись водорода. Также генератор производит необходимую электроэнергию, извлекая из воды водород, высвобождая электроны.

Такое топливо даёт в два раза больше энергии двигателю, чем бензин. Продуктом распада этой реакции является, всего лишь – водяной пар.

Как в народе говорят: не прошло и года. Через год компания странным образом разоряется и, — перестаёт существовать.

Почему все молчат и ничего не делают?

Конечно, эта идея не нова! По всему миру изобретатели создают подобные прототипы, усовершенствуя и внося коррективы в своё идеальное транспортное средство.

Весь казус состоит в том, что такие автомобили единично передвигаются по дорогам, а оплаченное общество «экспертов», продолжает кричать о мошенничестве.

Есть и другой выход в создавшейся неудобной ситуации для монополистов. Он подразумевает: запугивание, подкуп, выкуп лабораторий, которые занимаются альтернативными источниками энергии.

Серийный автомобиль. работающий на заправленном водородном топливе.

И вот, в 2017 году – «прорыв»! Предприимчивые монополисты решились на инновации. Появляется «новый» серийный автомобиль компании Mercedes-Benz, работающий на водородном топливе.

Следом, не отстаёт японская компания Mirai, заявляя о безостановочном ходе своего автомобиля на 480 километров, который также заправлен

водородом.

Заправка водородным топливом.

• Да, все они будут заправляться водородом на специальных заправках (ведь, нужно же, что-то продавать, вместо бензина).
• Как говорят, эти автомобили мощнее и их ждёт будущее, несмотря на то, что они более взрывоопасны, чем бензиновые.
• Источник

PS: Так напоминает историю с электромобилями…

Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы | РБК Тренды

Shutterstock

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.

Спортивный автомобиль на соленой воде?

Казалось бы только недавно мы обсуждали Автомобиль с инновационным силовым агрегатом и даже читали про автомобиль на ядерном двигателе, а тут вот еще и соленая вода ! Давайте для начала прочитаем вот такую новость, а потом будем разбираться …

Компания, Nanoflowcell утверждает, что разработала первый электрический автомобиль, который работает на соленой воде, а на днях объявила о том, что автомобиль одобрен для тестирования на дорогах общественного пользования в Германии и ЕС.
На днях компания получила разрешение на тестирование автомобиля Quant e-Sportlimousine, который достаточно заправить соленой водой, на дорогах Германии от TUV SUD, немецкой экспертной организации.

На создание спортивного четырехместного авто, размеры которого составляют примерно 5,25 метра в длину, ушло 14 лет.

Создатели говорят, что это совершенно новый вид системы хранения энергии, который называется Nanoflowcell.

Компания уверяет, что автомобиль способен развивать скорость до 350 километров в час и разгоняться от 0 до 100 км/ч за ничтожные 2.8 секунды, а расстояние 600 километров может преодолеть с баком полным топлива изготовленного из водного раствора соли.

Понятно, что технология запатентована и держится в тайне, доступно лишь краткое описание, предоставленное компанией: «электрохимическая реакция создается путем объединения двух жидкостей с металлическими солями, действующими в качестве электролита. Эти растворы перекачивают через топливный элемент, где расположены анод или катод, при этом вырабатывается электричество, которое затем направляется на установленные в автомобиле суперконденсаторы.

По сравнению с традиционной технологией, один литр соленой жидкости содержит в 400 раз больше энергии, чем обычный свинцово-кислотный аккумулятор».

В задней части автомобиля расположены 2 независимых резервуара, емкость которых составляет 200 литров, они предназначены для электролитов. Какой жидкостью наполняются резервуары nanoFLOWCELL не раскрывает, но называют ее «солёная вода».

Электролиты при помощи насосов подаются в камеру со специальной тонкой ионообменной мембраной, в результате чего вырабатывается электричество. Энергию получают суперконденсаторы, которые очень быстро отдают заряд, это обеспечивает потрясающую динамику разгона.

В качестве процесса заправки служит слив отработанного электролита и последующая замена новым. Однако использованный электролит после перезарядки может быть использован повторно.

В Quant e-Sportlimousine на каждое колесо установлено по одному трёхфазному электродвигателю. Пиковая мощность при такой комплектации составляет 912 л. с., постоянная 640 л. с.. Разогнать авто с 0 до 100 км/ч можно за 2.

8 секунд, максимальная скорость — 380 км/ч. Разработчики утверждают, , что силовая установка функционирует с внутренней эффективностью в 80%.

Благодаря этому обеспечивается внушительный запас хода —  от 400 до 600 км в зависимости от стиля езды и дорожных условий.

Главной особенностью машины является силовая установка с потоковой батареей.

Все нынешние традиционные преимущества электрохимических аккумуляторов и топливных ячеек объединены в источнике питания, что позволит системе обеспечить высокую эффективность не требуя длительной подзарядки, аналогично ионно-литиевым  модулям, которые применяются в в таких электрокарах, как Tesla Model S.

Вот как объясняют работу этой технологии эксперты:

Система проточных электролитных элементов, разработанная NanoFlowcell, действует схожим образом с технологией водородных топливных ячеек — за исключением того, что в ней используется солёная вода.

В этой системе взаимодействуют две электролитические жидкости, содержащие соли металлов. Электромоторы способны использовать их реакцию для генерации электричества, которое затем запасается суперконденсаторами.

Эффективность этой системы достигает 80 процентов, поскольку машина с ней практически не имеет движущихся частей, а генерируемое избыточное тепло несущественно по сравнению с автомобилями, использующими литий-ионные батареи.

Вот что мы имеем. А теперь немного порассуждаем и вы помогите в х.

Например есть несколько моментов, которые могут свести технологию в убыток: насколько я понял используется принцип принудительного омывания/прохождения электролита через анодно-катодную сетку/соты (или многоуровневые каскады таких сот) — в таком случае будет наблюдаться быстрая деградация анодно-катодных элементов и повышенный уровень распада электролита на «грязные» фракции, т.е.

через 600 км пути вам придется куда-то слить 400л «грязного»/отработанного электролита и не факт, что это будет экологически-чистый продукт для которого не нужно будет строить спец. емкости-приемники и в дальнейшем очистительные/утилизирующие предприятия.

Еще один момент картриджи с «секретными» солями насыщения, которые видимо тоже будут подлежать замене/утилизации/перезаправке после 600 км пути.

Опять таки, представьте себе два резервуара по 200 литров на борту автомобиля ! Хотя с другой стороны заминусовать вес двигателя внутреннего сгорания если бы был он.

И еще, что это за соли ?  Если NaCl то ДА это прорыв развёл водичкой дисцилированной и поехал, а если соли тяжёлых металлов то их надо готовить, получается не дешевле бензина, если только их нельзя рекупертировать дома от розетки…

А вот такая фраза: «По сравнению с традиционной технологией, один литр соленой жидкости содержит в 400 раз больше энергии, чем обычный свинцово-кислотный аккумулятор, а в прототипе автомобиля установлены два 200-литровых бака».

Считаем: Емкость обычного автомобильного 12В аккумулятора — 60 ампер-часов (т.е. 720 Вт/час). А здесь аж в 400 раз больше — т. е. 288 кВт/час. Для сравнения у Теслы 85 кВт/час при весе аккумулятора 450 кг, которого хватает на 425 км.

Если все так хорошо, то почему больше никто эту технологию не использует?

[источники]

источники

http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2739768/The-sports-car-runs-SALTWATER-Vehicle-goes-0-60mph-2-8-seconds-just-approved-EU-roads.html

http://atomx.net/stat/revolyucionnyi_avtomobil__rabotayushii_na_solenoi_vode_.htm

http://humansarefree.com/2014/11/powered-by-salt-water-920-hp-373.html

А ведь еще мы видели Паровой мотоцикл и Реакцию пассажиров Tesla P85D на действие разгоняющей кнопки Insane. А вот еще Транспортное средство будущего из далекого прошлого и Рекорды скорости на парУ Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия — http://infoglaz.ru/?p=66504

Водородный двигатель принцип работы

ТИПЫ ВОДОРОДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Первый тип водородного двигателя работает на топливных элементах. К сожалению, водородные двигатели данного типа до сих пор имеют высокую стоимость. Дело в том, что в конструкции содержаться дорогие материалы вроде платины.

Ко второму типу относятся водородные двигатели внутреннего сгорания. Принцип работы таких устройств сильно напоминает пропановые модели. Именно поэтому их часто перенастраивают для работы под водород. К сожалению, КПД подобных устройств на порядок ниже тех, что функционируют на топливных элементах.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Главное отличие двигателей на водороде от привычных нам сейчас бензиновых либо дизельных аналогов заключается в способе подачи и воспламенении рабочей смеси. Принцип преобразования возвратно-поступательных движений КШМ в полезную работу остается неизменным.

Ввиду того что горение топлива на основе нефтепродуктов происходит медленно, камера сгорания наполняется топливно-воздушной смесью немного раньше момента поднятия поршня в свое крайнее верхнее положение (ВМТ). Молниеносная скорость реакции водорода позволяет сдвинуть время впрыска к моменту, когда поршень начинает свое возвратное движение к НМТ.

При этом давление в топливной системе не обязано быть высоким (4 атм. достаточно).

В идеальных условиях водородный двигатель может иметь систему питания закрытого типа. Процесс смесеобразования происходит без участия атмосферного воздуха.

После такта сжатия в камере сгорания остается вода в виде пара, который проходя через радиатор, конденсируется и превращается обратно в Н2О.

Такой тип аппаратуры возможен в том случаи, если на автомобиле установлен электролизер, который отделит с полученной воды водород для повторной реакции с кислородом.

На практике такой тип системы осуществить пока что сложно. Для исправной работы и уменьшения силы трения в моторах используется масло, испарения которого являются частью отработанных газов. На современном этапе развития технологий устойчивая работа и беспроблемный запуск двигателя, работающего на гремучем газе, без использования атмосферного воздуха неосуществимы.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной).

 Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода.  В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них.

В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Такая реакция образует воду,  при этом электроны из камеры с анодом поступают в электрическую цепь. Указанная цепь подключена к двигателю. Простыми словами, образуется электричество, которое заставляет двигатель работать от такого водородного топливного элемента.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. 

Устройство водородного двигателя

Автомобили с двигателем работающем на водороде делятся на несколько групп:

• Машины с 2-мя энергоносителями. Они обладают экономичным мотором, способным работать на чистом водороде или бензиновой смеси. КПД двигателя такого типа достигает 90-95 процентов. Для сравнения дизельный мотор имеет коэффициент полезного действия на уровне 50%, а обычный ДВС — 35%. Такие транспортные средства соответствуют стандарту Евро-4.
• Автомобиль со встроенным электродвигателем, питающим водородный элемент на борту транспортного средства. Сегодня удалось создать моторы, имеющие КПД от 75% и более.
• Обычные транспортные средства, работающие на чистом водороде или топливно-воздушной смеси. Особенность таких двигателей заключается в чистом выхлопе и увеличении КПД еще на 20%.

Главной особенностью является способ подачи горючего в камеру сгорания и его воспламенения.

Что касается преобразования полученной энергии в движение КШМ, процесс аналогичен.

Принцип работы

Принцип работы водородных двигателей стоит рассмотреть применительно к двум видам таких установок:

1. Моторы внутреннего сгорания;
2. Двигатели на водородных элементах.

Водородные моторы внутреннего сгорания

В ДВС из-за того, что горение бензиновой смеси осуществляется медленнее, топливо попадает в камеру сгорания раньше достижения поршнем своей верхней точки.

В водородном двигателе, благодаря мгновенному воспламенению газа, удается сместить время впрыска до момента, пока поршень начнет возвратное движение. При этом для нормальной работы мотора достаточно небольшого давления в топливной системе (до 4-х атмосфер).

В оптимальных условиях водородный мотор способен работать с питающей системой закрытого вида. Это значит, что в процессе образования смеси атмосферный воздух не применяется.

После завершения такта сжатия в цилиндре остается пар, который направляется в радиатор, конденсируется и становится водой.

Реализация варианта возможна в случае, если на машине смонтирован электролизер — устройство, обеспечивающее отделение водорода от h3O для последующей реакции с O2.

Воплотить в реальность описанную систему пока не удается, ведь для нормальной работы двигателя и снижения силы трения применяется масло.

Последнее испаряется и является частью отработавших газов. Так что применение атмосферного воздуха при работе водородного двигателя пока необходимо.

Двигатели на водородных элементах

Принцип действия таких устройств построен на протекании химических реакций. Кожух элемента имеет мембрану (проводит только протоны) и электродную камеру (в ней находится катод и анод).

В анодную секцию подается h3, а в катодную камеру — O2. На электроды наносится специальное напыление, выполняющее функцию катализатора (как правило, платина).

Под действием каталитического вещества происходит потеря водородом электронов. Далее протоны подводятся через мембрану к катоду, и под влиянием катализатора формируется вода.

Из анодной камеры электроны выходят в электрическую цепь, подключенную к мотору. Так формируется ток для питания двигателя.

Водородные топливные элементы

Водородный топливный элемент, с конструктивной точки зрения, является своеобразной аккумуляторной «батарейкой» с высокими показателями коэффициента полезного действия (порядка 50%). Внутри корпуса протекают физико-химических процессы с участием специальной мембраны, отвечающей за проведение протонов. Посредством такого мембранного элемента происходит деление корпуса на пару частей – резервуар с анодом и камеру с катодом.

Камера с анодом заполняется водородом, а в катодную часть поступает атмосферный кислород. В качестве покрытия электродов используются дорогостоящие редкоземельные металлы, включая платину.

Особенности поверхности обеспечивают взаимодействие с водородными молекулами, в результате чего происходит потеря электронов. Одномоментно с этим процессом выполняется прохождение протонов сквозь мембрану к катоду.

Благодаря такому воздействию катализатора протоны соединяются с поступившими извне электронами.

Результат произошедшей реакции – образование воды и поступление электронов из анодной камеры в электрическую цепь, подключённую к силовому агрегату.

Таким образом, двигатель приводится в движение водородным топливным элементом и может проработать порядка 200-250 км.

Тормозит применение такой технологии и серийный выпуск автомобилей с водородными двигателями необходимость использовать в конструкции элементов платину, палладий и другие дорогостоящие металлы.

Принцип работы

Устройство водородных двигателей не отличается особой сложностью. Главным отличием является способ подачи и воспламенения смесей при полном сохранении основного принципа преобразования. При этом на фоне традиционного бензина и дизеля, водородное топливо обеспечивает мгновенную скорость реакции даже в условиях незначительного уровня давления внутри топливной системы. Для образования смеси участие воздуха не является необходимым, а остающийся в камере сгорания пар, после прохождения сквозь радиатор и конденсации, снова становится Н2О.

Безусловно, топливный элемент в данном варианте предполагает использование специального электролизера, обеспечивающего выделение достаточного количества водорода для участия в возобновлённом гидролизе с кислородом.

Основная проблема состоит в том, что в современных реалиях данный вариант практически невыполним.

Современные технологии не гарантируют стабильность функционирования и беспроблемный запуск мотора при отсутствии атмосферного воздуха.

Особенности гибридных конструкций

Характеристики, которыми обладает водородное топливо, активно использовались многими конструкторами с целью создания уникального гидродвигателя внутреннего сгорания. Например, разработанный В.С.

Кащеевым метод – это принципиально иная установка, имеющая не только традиционный подающий воздух впускной клапан и выпускное устройство отвода выхлопных газов, но и отдельный клапанный механизм подачи водорода, а также свечу зажигания в головке блоков цилиндров.

Несмотря на некоторые принципиальные отличия, механизм работы остаётся неизменным, поэтому любые гибридные силовые агрегаты принято считать переходной стадией от применения дизеля и бензина к использованию водородного топлива.

Благодаря высоким показателям КПД, лёгкое химическое вещество вводится в состав топливно-воздушных смесей, что значительно повышает степень сжатия, а также снижает токсичность выхлопов.

Кроме этого, взаимодействие кислорода с водородом сопровождается выделением достаточного количества энергии, которая нужна автомобильным электродвигателям.

Водород как горючее

Первым делом хочется понять, что собой представляет двигатель на водороде. А для этого нам необходимо изучить сам водород как эффективный источник энергии, то есть альтернатива привычному нам топливу.

Каждый прекрасно знает, что в обычном двигателе с системой внутреннего сгорания, который работает на бензине, происходит смешивание топлива с воздухом. Затем эта смесь поступает внутрь цилиндров, где и сгорает. Это создаёт энергию для перемещения поршней, что и способствует в итоге движению ТС.

У водорода есть свои нюансы, которые проявляются в следующем:

• когда сжигается смесь с использованием водорода, на выходе получается только обычный водяной пар;
• на воспламенение водорода уходит меньше времени, чем в случае с дизельным или традиционным бензиновым топливом;
• детонационная устойчивость вещества способствует увеличению степени сжатия;
• показатели теплоотдачи состава превосходят топливовоздушную смесь на 250%;
• водород является летучим газом, из-за чего он может проникать в малейшие полости и зазоры;
• лишь некоторые металлы способны справиться с воздействием воспламеняющегося водорода;
• такое топливо можно хранить в жидком или сжатом агрегатном состоянии;
• если ёмкость получает пробой или небольшую трещину, всё топливо испаряется довольно быстро;
• чтобы вступить в реакцию с кислородом, нижний уровень газа составляет 4%;
• последняя особенность позволяет настраивать необходимые оптимальные режимы для двигателя за счёт дозировки консистенции.

Если принимать во внимание все рассмотренные особенности, можно с уверенностью сказать, что вариант с использованием чистого водорода в обычном ДВС невозможен. Чтобы добиться желаемого, необходимо обязательно внести некоторые изменения в конструкцию, а также установить дополнительное оборудование.

В чём опасность такого топлива

Водород позиционируется как взрывоопасное вещество. Именно это можно справедливо считать главной опасностью и проблемой всей технологии водородных моторов.

Сочетаясь с окислителем, в качестве которого выступает кислород, увеличивается риск воспламенения, и также возникает угроза взрывов. Исследования показатели, что на воспламенение водорода уходит около десятой доли энергии, требуемой при воспламенении топливовоздушной смеси. Фактически можно обойтись небольшой статической искрой, дабы водород вспыхнул.

Есть ещё одна опасность. Газ невидимый, и даже в процессе горения его практически незаметно. Невидимость огня усложняет возможность бороться с ним.

Нельзя забывать об опасности вещества для самого человека. Находясь в зоне с повышенной концентрацией газа в воздухе, может наступить удушье. А распознать наличие вещества крайне проблематично. Объясняется это отсутствием запаха и цвета. То есть человеческий газ не способен его разглядеть, а нос не может разнюхать.

В качестве последнего аргумента в пользу того, что водород действительно опасен, выступает факт его очень низкой температуры в случае нахождения в сжиженном состоянии. Контакт с таким веществом способен спровоцировать обморожение.

Автомобили на водороде пока приносят убытки владельцам

Многие компании уже заявили о планах перевода своего транспорта на водород / Nick Carey / Reuters

Максимальный прирост потребления водорода в мире ожидается в транспорте: к 2030 г. спрос здесь может увеличиться со 140 000 т сейчас до 14 млн т в год. Об этом говорится в обзоре НРА, с которым ознакомились «Ведомости».

Но водород остается «крайне неудобным газом» для транспорта и есть риск, что прогнозы по его применению в секторе не сбудутся, вытекает из исследования. Эксперты НРА отмечают «высокую стоимость, размеры оборудования и отсутствие инфраструктуры» и добавляют, что «топливный элемент, работающий на водороде, имеет очень ограниченный ресурс».

Но многие компании уже заявили о планах перевода своего транспорта на водород. А почти все крупные автопроизводители (Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler и др.) намерены начать выпускать технику на водороде. К осени 2021 г., по данным НРА, в мире было продано около 11 200 водородомобилей. Для сравнения: продажи электромобилей в первом полугодии 2021 г. составили около 2,6 млн шт.

По словам управляющего директора рейтинговой службы НРА Сергея Гришунина, в США транспорт на водородных топливных ячейках пока дорог в обслуживании: около $240 на 100 км, из которых 49% составляют затраты на амортизацию и 51% – операционные затраты. Электромобиль обходится в $166 на 100 км, а автомобиль с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) – в $125, добавил эксперт.

Дороговизна водородных машин связана с высокой стоимостью энергомодуля, поясняет он. «Энтузиасты считают, что уже к 2027 г. цена владения для водородомобиля, электрокара и машин с ДВС станет сопоставимой», – отметил Гришунин. Риск того, что ожидания могут не сбыться, по его словам, заключается в возможном резком подорожании платины (используется в топливных элементах). Увеличение потребности в ней, по мнению эксперта, может спровоцировать резкий рост цен на платиноиды, сопоставимый с восьмикратным «палладиевым ценовым рывком», наблюдавшимся при массовом переводе на этот металл автокатализаторов.

В мире развивается также пассажирский городской и грузовой транспорт на водороде. В 2021 г. в Китае продали 993 водоробуса, в Германии в 2020 г. начали эксплуатировать первые 10 водородных автобусов. На железной дороге водородные топливные ячейки позволяют отказаться от электрификации участков, где пока ходят дизельные поезда. С 2018 г. водородные поезда используются в Германии, Австрии, Швеции и Франции, отмечается в обзоре НРА. В авиации также существует ряд водородных проектов. Так, 2008 г. Boeing провел испытания двухместного водородного самолета на базе модели Dimona. Airbus в 2020 г. представил сразу три концепта самолетов на водороде.

Россия отстает в водородной гонке

По оценкам НРА, в России транспорт на водородных ячейках к 2030 г. займет менее 1% от общего потребления этого газа в стране. В феврале 2022 г. РБК сообщал со ссылкой на проект технологической стратегии развития водородной отрасли в России о планах перевести 10% городского и междугородного пассажирского транспорта на водород к 2030 г.

Но эксперты и компании транспортной отрасли не верят в реальность достижения этой цели. Автомобилей на водороде в России нет, а созданный «Камазом» водоробус существует пока лишь в пилотном исполнении. В компании не ответили на запрос «Ведомостей».

Представитель Государственной транспортной лизинговой компании (ГТЛК) указывает на то, что для масштабного перевода общественного транспорта на водород в стране нет ни серийных проектов (например, водоробусов), ни заправочной инфраструктуры. Он добавил, что ориентировочная цена первых российских водоробусов слишком высокая. Такая техника в 7 раз дороже, чем новые автобусы, работающие на газомоторном топливе (ГМТ – компримированный газ или СУГ), которые сейчас пользуются спросом в регионах, отметил он. Собеседник добавил, что ГТЛК будет готова поддержать водородный сегмент транспорта, «как только появится рыночная модель водоробуса и пойдут заявки от транспортных компаний».

Другой российский проект водородного транспорта – поезда для Сахалина, которые «Трансмашхолдинг» (ТМХ) намерен выпустить к 2024 г. Но еще в августе 2021 г. гендиректор ТМХ Кирилл Липа в интервью журналу «Техника железных дорог» признавал, что пока российского водородного топливного элемента необходимой мощности не существует, он появится к 2027–2028 гг. В ТМХ на момент публикации на запрос «Ведомостей» не ответили.

Первым делом поезда и автобусы

По мнению экспертов, водородный транспорт требует существенных вложений частных компаний и государства и будет развиваться в России медленнее. «Инфраструктура требует более значительных инвестиций в сравнении с вложениями в разработку водородных транспортных средств», – отмечает президент НИЦ «Перевозки и инфраструктура» Павел Иванкин.

Гендиректор «Infoline-аналитики» Михаил Бурмистров указывает, что в России пока даже метановые заправки загружены не более чем на 50% и в ряде регионов работают в убыток, несмотря на госпрограммы по переводу автомобилей на газ и частичную компенсацию расходов на переоборудование техники. При этом, по мнению Бурмистрова, у водородных поездов и водоробусов перспектив в России больше, чем у личного водородного транспорта. «Заправочная инфраструктура для них централизована, а решение о закупке принимают, не в последнюю очередь ориентируясь на цели госпрограмм по развитию городского транспорта. Но когда такие проекты станут рентабельными, пока судить сложно», – добавил он.

Аналитик «Финама» Александр Ковалев также обращает внимание на то, что в России «институциональная потребность зеленого перехода пока выглядит неоднозначной». «Даже электромобили у нас пока плохо приживаются в силу отсутствия инфраструктуры и других страновых факторов. И пока предпосылок изменения ситуации к 2030 г. не наблюдается», – говорит он.

Двигатель работающий на водороде

Первым разработчиком, представившим водородный двигатель для автомобиля широкой публике, был концерн «Тойота». Ещё в 1997 году ими был презентован внедорожник FCHV, который тогда так и не запустили в серийное производство.

Хорошей альтернативой бензину может стать водородный двигатель

Сегодня ведут исследования и другие компании, среди них:

• Honda Motor,
• Volkswagen,
• General Motors,
• Daimler AG,
• Ford Motor,
• BMW и так далее.

Как работает водородный двигатель?

Машины на водородном двигателе можно разделить на три группы:

• авто с двумя энергоносителями, обладающее высокоэкономичным двигателем, который может работать как на чистом водороде, так и на смеси его с бензином. КПД такого двигателя 90–95%, тогда как дизельного — 50%, а бензинового — 35%. Такие автомобили соответствуют стандарту «Евро-4»;
• водородный автомобиль со встроенным электродвигателем, который питает основной топливный элемент, установленный на борту. Сейчас созданы авто с КПД выше 75%;
• обычные автомобили, работающие на смеси или чистом водороде. Выхлоп намного чище, а КПД «подрастёт» примерно на 20%.

Как работает водородный двигатель? Выделяют 2 типа силовых установок по принципу работы:

• водородные двигатели внутреннего сгорания. Используется роторный двигатель;
• силовые установки на топливных водородных элементах — их принцип работы построен на химической реакции. Корпус элемента имеет мембрану, проводящую только протоны и разделяющую камеры с электродами — анодом и катодом. В камеру анода подводят водород, в камеру катода подводят кислород. Электроды покрывают слоем катализатора, например, это платина. Молекулярный водород теряет электроны под воздействием катализатора. Протоны через мембрану проводятся к катоду, под воздействием катализатора в результате соединения с электронами образуется вода. Из камеры анода электроны уходят в электрическую цепь, которая подсоединена к двигателю. Так образуется ток для питания мотора.

Достоинства водородного двигателя:

• продукт горения водорода — вода. А значит, это самое экологически чистое топливо;
• мощность, приёмистость и иные показатели двигателя выше, чем у стандартного — электроэнергия обеспечивает их сполна;
• низкий уровень шума;
• простота обслуживания — не нужна сложная трансмиссия, а трущихся деталей меньше;
• низкая себестоимость эксплуатации транспорта;
• меньший расход топлива и большая скорость заправки;
• более высокий запас хода;
• водород имеет большой потенциал в качестве альтернативного вида топлива, так как он может быть получен из различных источников, в том числе солнечной энергии или ветра;
• основное сырьё — вода — бесплатное.

Недостатки водородного двигателя:

• Использование топливных элементов в обычном двигателе чревато пожаром или взрывом из-за его устройства.
• Стоимость их также весьма высока.
• Вес автомобиля увеличивается в результате использования преобразователей тока и мощных аккумуляторов.
• Процесс получения из воды водорода пока тоже недёшев, как и транспортировка нового топлива.
• Прогнозируются и экологические проблемы — увеличение в атмосфере количества водорода может пагубно сказаться на озоновом слое Земли.
• Производство аккумуляторов – также вредный для окружающей среды процесс.
• Одной из проблем транспортных средств на водороде является высокая стоимость платины, необходимой для химической реакции в двигателе.
• Отсутствие водородных заправочных станций делает водородные автомобили неконкурентоспособными по сравнению с обычными автомобилями.
• Не решён вопрос о хранении. На сегодняшний день предлагается хранить в сжиженном виде либо под высоким давлением, но исследования продолжаются.

Водородные топливные элементы

В разные годы водородные топливные элементы использовались:

• для тракторов,
• локомотивов,
• подводных лодок,
• вертолётов,
• в автомобиле для гольфа,
• на мотоцикле.

Для автомобилей с водородным двигателем и автобусов используются элементы на протонно-обменной мембране (PEM), они компактны и мало весят.

Авто на водороде

• Тойота, приручившая водород, — Fuel Cell Sedan — это комфорт и вместительность стандартной модели. Для того чтобы увеличить пространство в салоне и багажнике, сжатые резервуары водорода расположены в полу автомобиля. Предназначена машина для пяти пассажиров, цена составит 67500 $.
• Технологии космоса в обычной жизни. BMW Hydrogen 7 уже доказал свои возможности на практике, порядка ста автомобилей BMW Hydrogen 7 были тестированы выдающимися деятелями культуры, политики, бизнеса и средств массовой информации. Опыт испытания в реальных условиях показал, что переход на водород полностью совместим с комфортом, динамикой и безопасностью, которые вы могли бы ожидать от BMW. Авто можно переключать с одного вида топлива на другой. Максимальная скорость 229 км/ч.
• Генератор энергии Honda FCX Clarity. По словам разработчиков, можно подключить к трансформатору и снабжать электричеством все бытовые приборы. Баки с водородом находятся под задними сидениями, а после полной заправки топлива ей хватит на 500 км. Цена от 62807 $.
• Часть автобусов MAN работает на водороде.

Водородные двигатели будущего

• Новое сотрудничество в автомобильном секторе начали General Motors (GM) и Honda Motor. Обе компании планируют совместно разрабатывать водородные топливные элементы в течение следующих семи лет. Обмен ноу-хау поможет снизить затраты на технологии и делает основной целью реагирование на увеличение объёма глобальных требований, предъявляемых к сокращению выбросов, стандарт «Евро-4» имеет строгие рамки.
• Силовая установка автомобиля может послужить и электростанцией для дома, обеспечивая его энергией в течение 5 дней.
• Каждый производитель в ближайшее время рассчитывает продавать минимум тысячу экокаров за год, ожидаемая цена 97000 $.
• К 2050 году водород как источник топлива покроет треть производимой энергии.

А вот Илон Маск (глава SpaceX и Tesla) к новому топливу относится крайне критично, считая его создание маркетинговым ходом. Маск заявил, что использование технологий не решит реальных транспортных проблем и что в литий-ионных батареях плотность хранения энергии превышает все водородные разработки. А как думаете вы?

Как известно, поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет как плюсы, так и целый ряд определенных недостатков. Прежде всего, глобальной проблемой является токсичный выхлоп бензиновых и дизельных ДВС, а также постоянная потребность в нефтяном топливе. Не сильно меняется ситуация и после перевода автомобиля на газ, так как установка ГБО также не решает всех задач.

С учетом данных особенностей постоянно ведутся разработки альтернативных вариантов. Сегодня реальным конкурентом ДВС является электродвигатель. При этом относительно небольшой запас хода, высокая стоимость аккумуляторных батарей и всего электрокара (электромобиля) в целом, а также отсутствие развитой инфраструктуры по ремонту и обслуживанию таких машин закономерно тормозит их популяризацию.

Среди подобных двигателей следует отдельно выделить водородный ДВС, который вполне может заменить существующий на сегодня дизельный или бензиновый мотор, причем в обозримой перспективе. Давайте рассмотрим, как работает водородный двигатель, какую конструкцию имеет подобный мотор и в чем заключаются его особенности.

Читайте в этой статье

История создания водородного двигателя

Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.

Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).

Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.

Работа двигателя на водороде: особенности водородного ДВС

Начнем с того, что двигатель внутреннего сгорания на водороде по своей конструкции не сильно отличается от обычного ДВС. Все те же цилиндры и поршни, камера сгорания и сложный кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно поступательного движения в полезную работу.

Единственное, в цилиндрах сгорает не бензин, газ или солярка, а смесь воздуха и водорода. Также нужно учитывать и то, что способ подачи водородного топлива, смесеобразование и воспламенение также несколько другой по сравнению с аналогичными процессами в традиционных аналогах.

На водороде реакция протекает быстрее, что позволяет сдвинуть наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Также после того, как протекает реакция, результатом становится обычная вода вместо токсичных выхлопных газов. Как видно, на первый взгляд стандартный двигатель относительно легко подстроить под водородное топливо путем доработок впуска, выпуска и системы питания, однако это не так.

Первая проблема заключается в том, как получать необходимый водород. Как известно, водород находится в составе воды и является распространенным элементом, однако в чистом виде практически не встречается. По этой причине для максимальной автономности на транспортное средство нужно отдельно ставить водородные установки, чтобы «расщеплять» воду, позволяя мотору питаться необходимым топливом.

Идея кажется привлекательной. Более того, можно даже обойтись без наружного воздуха на впуске и создать закрытую топливную систему. Другими словами, после каждого раза, когда в камере сгорит заряд, в цилиндре будет оставаться водяной пар. Если этот пар пропустить через радиатор, произойдет конденсация, то есть снова образуется вода, из которой можно повторно получить водород.

Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания независимо от типа топлива все равно нуждается в системе смазки, чтобы защитить нагруженные узлы и трущиеся пары. Если просто, без моторного масла никак не обойтись. При этом масло частично попадает в камеру сгорания и затем в выхлоп. Это значит, что полностью изолировать топливную систему на водороде (не использовать наружный воздух) практически нереализуемая задача.

По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания больше напоминают газовые двигатели, то есть агрегаты на газе пропане. Чтобы использовать водород вместо пропана, достаточно изменить настройки такого ДВС. Правда, КПД на водороде несколько снижается. Однако и водорода нужно меньше, чтобы получить необходимую отдачу от мотора. При этом никаких установок для автономного получения водорода не предполагается.

Что касается попытки подать водород в обычный бензиновый или дизельный двигатель, автоматически возникают риски и сложности. Прежде всего, высокие температуры и степень сжатия могут привести к тому, что водород будет вступать в реакцию с нагретыми элементами ДВС и моторным маслом.

Так или иначе, даже с учетом всех сложностей, ряд проблем удается обойти не только на роторных, но даже и на поршневых моторах, что позволяет водороду считаться достаточно перспективной альтернативой бензину, газу или солярке. Например, экспериментальная версия модели BMW 750hL, которую представили в 2000 году, имеет водородный двигатель на 12 цилиндров. Агрегат успешно работает на таком горючем и способен разогнать автомобиль до скорости около 140 км/час.

Правда, никаких отдельных установок для получения водорода из воды на машине не имеется. Вместо этого стоит особый бак, который просто заправлен водородом. Запас хода на полном баке водорода составляет около 300 км. После того, как водород закончится, двигатель в автоматическом режиме начинает работать на бензине.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной). Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода. В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. В результате конечная стоимость транспорта с таким двигателем сильно возрастает.

Водородный двигатель: дальнейшие перспективы

Сегодня над созданием экологичных двигателей трудятся многие компании. Некоторые идут по пути создания двигателей-гибридов, другие делают ставку на электромобили и т.д. Что касается водородных установок, в плане экологии и производительности данный вариант также может в ближайшее время составить конкуренцию ДВС на бензине, газе или дизтопливе.

Водородные двигатели показали себя несколько лучше, чем самые продвинутые электрокары. Например, японская модель Honda Clarity. Единственное, остался такой недостаток, как способы и возможности заправки. Дело в том, что инфраструктура водородных заправочных станций не особенно развита, причем в мировом масштабе.

Дополнительно стоит отметить модель Toyota Mirai. Автомобиль работает только на водороде, одного бака хватает на 600 км. Водородные двигатели еще встречаются на отечественной модели «Нива», а также устанавливаются корейцами на специальную версию внедорожника Hyundai Tucson.

Как видно, с двигателем на водороде активно экспериментируют многие производители, однако такое решение все равно имеет много недостатков. При этом некоторые минусы сильно мешают массовой популяризации.

Прежде всего, это безопасность и сложность транспортировки такого топлива. Важно понимать, что водород весьма горюч и взрывоопасен даже при относительно невысоких температурах. По этой причине его сложно хранить и перевозить. Получается, необходимо строить особые водородные резервуары для авто с данным типом двигателя. Как результат, на практике водородных заправок очень мало.

К этому также можно добавить определенную сложность и высокие расходы на ремонт и обслуживание водородного агрегата, а также необходимость в подготовке и обучении большого количества высококвалифицированного персонала. Если же говорить о самом авто на водороде и его эксплуатационных характеристиках, наличие водородной установки делает машину более тяжелой, закономерно ухудшается управляемость.

Подведем итоги

Как видно, сегодня водородные автомобили и двигатель на воде можно считать вполне реальной альтернативой не только привычным ДВС, которые используют нефтяное топливо, но и электрокарам.

Прежде всего, такие установки менее токсичны, при этом они не нуждаются в дорогостоящем топливе на основе нефти. Также автомобили с водородным двигателем имеют приемлемый запас хода. В продаже имеются и гибридные модели, использующие как водород, так и бензин.

Напоследок отметим, что активное строительство трубопроводов для перекачки газа метана обещает в дальнейшей перспективе возможность перекачки по этим же трубопроводам и водорода. Это значит, что в случае роста общего числа авто с водородными двигателями, также высока вероятность быстрого увеличения количества специализированных заправочных станций.

Усовершенствание конструкции поршневого двигателя, отказ от КШМ: бесшатунный двигатель, а также двигатель без коленвала. Особенности и перспективы.

Конструктивные особенности двигателей GDI с непосредственным впрыском от моторов с распределенным впрыском топлива. Режимы работы, неисправности GDI.

Двигатель семейства FSI: отличия, особенности, плюсы и минусы силового агрегата данного типа. Распространенные проблемы двигателей FSI, обслуживание мотора.

Виды двигателей внутреннего сгорания, отличия различных типов ДВС. Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры.

Дизельный мотор TDI. Отличительные особенности двигателя данного типа. Преимущества и недостатки, ресурс, особенности турбонаддува. советы по эксплуатации.

Что нужно знать о моторах на Рендж Ровер перед покупкой такого автомобиля б/у. С каким двигателем лучше взять данный автомобиль и почему.

Первым разработчиком, представившим водородный двигатель для автомобиля широкой публике, был концерн «Тойота». Ещё в 1997 году ими был презентован внедорожник FCHV, который тогда так и не запустили в серийное производство

Сегодня ведут исследования и другие компании, среди них:

• Honda Motor,
• Volkswagen,
• General Motors,
• Daimler AG,
• Ford Motor,
• BMW и так далее.

История создания водородного двигателя

Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.

Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).

Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.

ТИПЫ ВОДОРОДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Наука непрерывно развивается. Каждый день придумываются новые концепты. Но только лучшие из них воплощаются в жизнь. Сейчас существует всего два типа водородных двигателей, которые могут быть рентабельными и производительными.

Первый тип водородного двигателя работает на топливных элементах. К сожалению, водородные двигатели данного типа до сих пор имеют высокую стоимость. Дело в том, что в конструкции содержаться дорогие материалы вроде платины.

Ко второму типу относятся водородные двигатели внутреннего сгорания. Принцип работы таких устройств сильно напоминает пропановые модели. Именно поэтому их часто перенастраивают для работы под водород. К сожалению, КПД подобных устройств на порядок ниже тех, что функционируют на топливных элементах.

На данный момент тяжело сказать, какая из двух технологий по созданию водородных двигателей победит. У каждой есть свои плюсы и минусы. В любом случае работы в данном направлении не прекращаются. Поэтому, вполне возможно, что к 2030 году машину с водородным двигателем можно будет купить в любом автосалоне.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Главное отличие двигателей на водороде от привычных нам сейчас бензиновых либо дизельных аналогов заключается в способе подачи и воспламенении рабочей смеси. Принцип преобразования возвратно-поступательных движений КШМ в полезную работу остается неизменным. Ввиду того что горение топлива на основе нефтепродуктов происходит медленно, камера сгорания наполняется топливно-воздушной смесью немного раньше момента поднятия поршня в свое крайнее верхнее положение (ВМТ). Молниеносная скорость реакции водорода позволяет сдвинуть время впрыска к моменту, когда поршень начинает свое возвратное движение к НМТ. При этом давление в топливной системе не обязано быть высоким (4 атм. достаточно).

В идеальных условиях водородный двигатель может иметь систему питания закрытого типа. Процесс смесеобразования происходит без участия атмосферного воздуха. После такта сжатия в камере сгорания остается вода в виде пара, который проходя через радиатор, конденсируется и превращается обратно в Н2О. Такой тип аппаратуры возможен в том случаи, если на автомобиле установлен электролизер, который отделит с полученной воды водород для повторной реакции с кислородом.

На практике такой тип системы осуществить пока что сложно. Для исправной работы и уменьшения силы трения в моторах используется масло, испарения которого являются частью отработанных газов. На современном этапе развития технологий устойчивая работа и беспроблемный запуск двигателя, работающего на гремучем газе, без использования атмосферного воздуха неосуществимы.

Минусы водородного мотора

Водородные двигатели для автомобилей при всех плюсах не лишены недостатков:

1. Высокая стоимость, на которую влияют, во-первых, электрический генератор, во-вторых, необходимые для эксплуатации авто баки из углепластика.
2. Низкая энергетическая эффективность. У электромобиля КПД равняется 70%, у водородного топлива – 30%, если же водород получать из нефти, этот показатель увеличится примерно в 2 раза, но тогда появится углекислый газ.
3. Малое количество заправок. Если в Европе они хотя бы есть, то в России такие заправочные станции в принципе отсутствуют.
4. Необходимость периодической проверки баллонов, заправленных водородом, в целях безопасности.
5. Увеличение веса машины и, как следствие, ухудшение маневренности.

Безусловно, защита окружающей среды имеет огромное значение, но пока что автолюбители не готовы жертвовать собственным комфортом и деньгами ради экологии.

Рекомендации по созданию водородного двигателя своими руками

В обычных условиях выделить гидроген из воды практически невозможно. Для успешного протекания процесса необходимо использование специальных катализаторов. На сегодняшний день применяются такие их разновидности:

1. достаточно простая конструкция, управляемая весьма примитивным механизмом, выполняется в виде цилиндрических банок. К сожалению, элементарное устройство данного катализатора негативно отразилось на производительности водородного двигателя. Её максимальная величина характеризуется показателем 0,7 л газа, выделяемого за одну минуту. Такой вид катализатора подходит для ДВС на водороде с небольшой ёмкостью, а именно до 1,5 литров. Увеличение количества банок способствует возможности эксплуатации силового агрегата большего объёма;
2. наилучшей эффективностью обладает катализатор, представленный обособленными ячейками. Такая система характеризуется максимальным коэффициентом полезного действия;
3. на долгосрочную эксплуатацию рассчитаны открытые пластины или сухой катализатор. Благодаря свободному доступу воздуха из окружающей среды создаётся возможность наиболее эффективного охлаждения. Из перечисленных разновидностей система имеет средний показатель производительности, выражающийся величиной, колеблющейся в пределах 1-2 л газа, выделяемого из воды на протяжении одной минуты.

Конструкторские бюро и исследовательские институты не прекращают изыскания по разработке водородных двигателей, обладающих приемлемой производительностью при максимальном КПД. Уже сегодня практикуется применение гибридных устройств, в которых успешно сочетаются различные источники питания. Оптимальной считается комбинация водорода с бензином. Также учёные продолжают поиски идеального катализатора, способного обеспечить наибольшую производительность.

Формирование водородного агрегата

Для начала надлежит обеспечить устройство трубопровода с добавочными ёмкостями Датчик уровня жидкости, закреплённый в центре крышки, препятствует ложному срабатыванию во время движения вверх-вниз. Этим прибором управляется система автоматической подпитки.

Датчик давления регулирует подкачку воды, включая т отключая её при показателях соответственно 40 и 45 psi. При достижении нагрузки в 50 psi приводится в действие предохранитель, в конструкции которого предусмотрены две функционально значимые части:

• вентиль аварийного сброса используется в экстремальных ситуациях;
• разрывной диск, принцип работы которого заключается в активации при показателе давления в 60 psi, обеспечивая сохранность системы.

Особое внимание следует уделить качественному отводу тепла. Для этой цели подбирается наиболее холодная свеча.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной). Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода. В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. В результате конечная стоимость транспорта с таким двигателем сильно возрастает.

ТРУДНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОДОРОДНЫХ ДВС

Главное препятствие на пути внедрения технологии – это стоимость получения водорода (Н2), а также комплектующих для его хранения и транспортировки. К примеру, для сохранения сжиженного состояния нужно поддерживать стабильную температуру -253º С. Наиболее доступный способ получения Н2 – это электролиз воды. Промышленное снабжение водородом требует больших энергетических затрат. Рентабельным этот процесс сможет сделать ядерная энергетика, которой также пытаются найти рациональную альтернативу. Транспортировка и хранение газа требуют использования дорогостоящих материалов и высококачественных механизмов.К другим недостаткам водородного топлива можно отнести:

• взрывоопасность. В замкнутом пространстве достаточная для реакции концентрация гремучего газа может спровоцировать взрыв. Усугубить ситуацию способна высокая температура воздуха. Из-за высокой степени диффузности водорода существует риск попадания Н2 в выхлопной коллектор, где реакция с горячими выхлопными газами приведет к возгоранию смеси. Роторный двигатель, ввиду особенностей компоновки, является более предпочтительным для водородного автомобиля;
• для хранения водорода требуется емкость большого объема, а также специальные системы, препятствующие улетучиванию Н2 и обеспечивающие защиту от механических деформаций. Если для автобусов, грузовиков либо водного транспорта такая особенность не играет большой роли, то легковые автомобили теряют ценные кубометры багажного отделения;
• в режимах высокотемпературных нагрузок водород способен провоцировать разрушительное воздействие на детали цилиндропоршневой группы и моторное масло. Применение соответствующих сплавов и смазочных материалов ведет к удорожанию производства и эксплуатации двигателей, работающих на водороде.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Автомобилестроение – далеко не единственная область, где могут применяться водородные двигатели. Водный, железнодорожный транспорт, авиация, а также различная вспомогательная спецтехника могут использовать силовые установки подобного типа.

Интерес к внедрению технологии водородных двигателей проявляют как дочерние предприятия, так и крупные автоконцерны (BMW, Volskwagen, Toyota, GM, Daimler AG и прочие). Уже сейчас на дорогах можно встретить не только опытные образцы, но и полноценные представители модельного ряда, приводимые в движение с помощью водорода. BMW 750i Hydrogen, Honda FSX, Toyota Mirai и многие другие модели отлично зарекомендовали себя во время дорожных испытаний. К сожалению, высокая стоимость водорода, отсутствие инфраструктуры заправочных станций, а также достаточного количества квалифицированных сотрудников, оборудования для ремонта и обслуживания не позволяют запустить такие автомобили в массовое производство. Оптимизация всего цикла использования гремучего газа являются первоначальной задачей области развития водородной энергетики.

Могут ли машины ездить по воде? Наука теории заговора TikTok, объясненная

TikTok , является мощным инструментом для усиления теорий заговора и розыгрышей. Возьмем легенду об автомобиле с водным двигателем, который сочетает в себе и то, и другое.

Недавнее видео, набравшее миллионы просмотров, изображает человека, наливающего воду в бутылках в зеленое светящееся брюхо какой-то хитроумной штуковины в багажнике своей машины. Сопроводительный текст гласит: «Все жалуются на цены на газ и на то, что шахта работает на воде». Ответы на это видео, а также на другие сообщения в приложении содержат туманные предупреждения, подразумевающие, что различные люди, работавшие над водным автомобилем, были убиты или исчезли ФБР или каким-то другим призраком из тени.

Для ясности: чудо-автомобиль с водяным двигателем — это выдумка, давняя мистификация, которая всплывает, по-видимому, каждый раз, когда цены на бензин поднимаются, заставляя водителей мечтать о другом способе питания своих автомобилей. Что касается теорий заговора: возможно, нефтяные магнаты были бы рады видеть, что мир по-прежнему зависит от ископаемого топлива, но для этого им не нужно подавлять автомобиль с водным двигателем, потому что это нереально.

Тем не менее, вода является важной частью других, более реалистичных технологий, таких как автомобили на водородных топливных элементах, которые уже находятся на дорогах, отмечает Тимоти Липман, содиректор Исследовательского центра устойчивого развития транспорта в Университете Нью-Йорка. Калифорния, Беркли. Таким образом, h30 действительно станет частью нашего будущего вождения, хотя, как отмечает Липман, «вы никогда не будете лить воду в свою машину».

Согласно науке, может ли автомобиль работать на воде?

Во-первых, фундаментальная наука. Ваш повседневный двигатель внутреннего сгорания сжигает бензин, чтобы извлечь достаточно энергии, содержащейся в его химических связях, создавая в процессе вредные побочные продукты, такие как двуокись углерода.

Вода, напротив, не горит, поэтому ее нельзя просто залить в двигатель, как бензин. Вместо этого большинство заявлений о том, что воду можно использовать в качестве автомобильного топлива, основываются на идее использования химического процесса, называемого электролизом, в котором электричество применяется к воде для разделения H3O на составные части, водород и кислород. Водород богат энергией и легко воспламеняется. Когда вы сжигаете его, чтобы высвободить эту энергию, водород соединяется с кислородом в воздухе, создавая, как вы уже догадались, воду.

Все эти шаги могут быть достигнуты. Использование электролиза для разрушения молекул воды является базовой химией средней школы, в то время как топливные элементы, которые создают энергию путем объединения водорода и кислорода для получения воды в качестве побочного продукта, являются устоявшейся и хорошо изученной технологией.

Сегодня на дорогах можно встретить два массовых автомобиля на водородных топливных элементах — Toyota Mirai и Hyundai Nexo. Большинство предложений по водным автомобилям просто объединяют два этапа в одном транспортном средстве, оснащая автомобиль электролизером и топливным элементом для создания контура: водород, образующийся в результате электролиза воды, питает топливный элемент, который создает воду как побочный продукт, который можно использовать. возвращают в электролизер.

Toyota Mirai, автомобиль на топливных элементах. ЧАРЛИ ТРИБАЛЬО/AFP/Getty Images

Звучит просто. Проблема в том, что на обоих этапах вы теряете много энергии из-за потери тепла и других неэффективных действий. Это досадная истина термодинамики и причина, по которой никогда не будет возможно создать вечный двигатель, производящий свободную энергию.

По оценкам Липмана, самые лучшие сегодняшние электролизеры примерно на 75 процентов эффективны при расщеплении воды для создания водорода (это означает, что теряется около четверти энергии). Как только у вас есть водород, говорит он, топливный элемент в автомобиле примерно на 60 процентов эффективнее превращает его в полезную энергию, а это означает, что теряется еще 40 процентов энергии.

Другими словами, теоретически возможно построить автомобиль с водным двигателем с помощью этих двух шагов, но такая хитроумная штуковина будет тратить столько энергии, что будет совершенно непрактичной.

Автомобили на водной тяге, которые на протяжении многих лет поражали воображение многих, как правило, не так скучно реалистичны в отношении своих ограничений. Вместо этого они часто полагаются на какую-то плохо определенную или секретную технологию, которая позволяет изобретателю обходить законы физики и позволяет машине преодолевать огромные расстояния на относительно небольшом количестве воды.

Например, в 2007 году мужчина утверждал, что воздействие на соленую воду радиочастотным полем позволяет ей загореться. Несколькими годами ранее компания под названием Genesis World Energy привлекла миллионы долларов инвестиций для своей схемы, бросающей вызов законам термодинамики — по крайней мере, до тех пор, пока ее основатель не был заключен в тюрьму за мошенничество.

Самое известное из длинной череды заявлений об автомобилях с гидроприводом поступило от жителя Огайо по имени Стэнли Мейер. Начиная с 1970-х годов Мейер утверждал, что построил багги для езды по дюнам с водным двигателем. Говорят, что его конструкция разделяла воду на водород и кислород и использовала типичный двигатель внутреннего сгорания для сжигания водорода и восстановления водяного пара.

Детали были нечеткими, и как бы ни работала машина Мейера в теории, в реальном мире она нарушила бы законы физики. Незадолго до его смерти суд Огайо вынес решение против него по делу о мошенничестве, возбужденному некоторыми из его инвесторов.

Немецкий центр производства топливных элементов. Construction Photography/Avalon/Hulton Archive/Getty Images

Почему люди верят в автомобили с водным двигателем?

Миф об автомобиле на водной тяге привлекателен отчасти тем, что в нем есть доля правды. Существует, например, множество попыток сделать обычные двигатели внутреннего сгорания более эффективными или долговечными, используя воду или водород в качестве какой-либо добавки.

Вода используется в процессе производства водорода для водородных автомобилей, объясняет Липман. Около 98 процентов водорода, используемого американской промышленностью, создается в результате установленного промышленного процесса, называемого паровым риформингом метана, или SMR, в котором метан (один атом углерода и четыре атома водорода) обрабатывается водой в виде пара. В процессе образуется свободный водород с двуокисью углерода в качестве побочного продукта.

Может ли чистое разделение воды конкурировать с SMR? Липман говорит, что теоретически это возможно — если вы не начнете представлять себе весь процесс, происходящий внутри легкового автомобиля. Вместо этого представьте себе огромную солнечную ферму в солнечной Калифорнии, производящую дешевую солнечную энергию, которую она использует для питания электролизеров следующего поколения будущего, которые расщепляют воду на H и O более эффективно, чем мы можем сегодня. Этот водород может быть доставлен по трубопроводу на заправочные станции, где однажды он может стать конкурентоспособным по стоимости с бензином, особенно когда цена на заправке резко возрастет.

При таком раскладе, говорит он, мы окажемся в одном шаге от мечты об автомобиле на водной тяге. Но иметь всю эту установку в машине, чтобы заправить бак Дасани и уехать? Забудь это.

— Что вы каким-то образом собираетесь наливать воду в бензобак и производить водород на борту автомобиля с помощью бортового электролизера, а затем хранить водород и затем преобразовывать его обратно в электричество? Это не совсем то, что нужно», — говорит он.

Не очень загадочная смерть Стэнли Мейера

20 марта 1998 года Стэнли Мейер умер во время обеда в ресторане. Согласно официальному отчету коронера, его убила церебральная аневризма. Брат Стэнли, Стивен, рассказывает менее банальную историю. По его словам, Стэнли Мейер сделал глоток клюквенного сока, сильно заболел и произнес предсмертное заявление: «Они отравили меня».

Расследование не выявило таких доказательств, но родилась теория заговора. В Интернете ходили слухи, что Мейер был убит, чтобы подавить его чудо-технологию, превратив человека, который просто хотел спасти людей от высоких цен на бензин, вызванных 19Эмбарго и нехватка нефти 70-х годов превратились в мучеников для истинно верующих водного автомобиля — и вдохновение для пользователей TikTok, которые шепчутся о том, что вам лучше быть осторожным, если вы начинаете работать над водным автомобилем.

Возможно, такая паранойя не должна вызывать удивления, учитывая, что транспорт видел свою долю недобросовестных схем и гнусных уловок, которые были гораздо более основаны на фактах, от трамвайного заговора General Motors до бизнес-заговоров, раскрытых в Кто убил электрика Автомобиль?

Ничто из этого не делает водную машину менее фантастической. Но мечта Мейера о том, чтобы отказаться от внутреннего сгорания, сегодня еще более актуальна.

Водяные двигатели предлагают спутниковую мобильность

Технологии НАСА

НАСА планировало создать ракетный двигатель с водным приводом с первых лет существования Агентства. В конце концов, вода состоит из водорода и кислорода, которые используются в ракетах космического агентства с 1960-х годов. Водород обеспечивает самую высокую скорость выхлопа среди любого ракетного топлива, а кислород помогает ему гореть. Все, что требуется для разделения двух элементов воды, — это приложенный электрический заряд.

«Теоретически ракета на водном электролизе предлагает множество преимуществ по сравнению с более традиционными системами управления», — говорится в документе 1969 года из Исследовательского центра Льюиса НАСА (ныне Исследовательский центр Гленна), включая высокую производительность, безопасные материалы, простое хранение, долгий срок службы, и низкие требования к мощности. В документе подробно описаны характеристики раннего прототипа подруливающего устройства.

Но технология в то время считалась сложной и имела недостатки, такие как размер и вес, а также ограниченная мощность, доступная для электролиза, отмечает 1997 Glenn, подробно описывающий характеристики другого, более совершенного прототипа водно-электролизного двигателя. Тем не менее, даже сегодня эта концепция остается неотъемлемой частью планов НАСА по исследованию дальнего космоса, которые частично основаны на способности находить воду в других мирах или на астероидах и превращать ее в ракетное топливо.

Однако за десятилетия экспериментов никто так и не смог создать практичный водно-электролизный двигатель. До нынешнего момента.

«При работе с водородом, кислородом и перегретым паром возникает множество проблем с материалами, таких как коррозия, — говорит Роберт Хойт, соучредитель и генеральный директор Tethers Unlimited Inc. (TUI). «Вы должны быть очень осторожны с материалами в устройстве, чтобы избежать коррозии и убедиться, что компоненты электролиза не загрязнены другими материалами».

Имея это в виду и с помощью НАСА, компания Ботелл, штат Вашингтон, построила первые жизнеспособные двигатели на водном электролизе. В настоящее время интерес НАСА к этой технологии проистекает из его усилий по совершенствованию технологии CubeSats — крошечных недорогих спутников, построенных из готовых деталей.

«До начала 2000-х годов самый маленький космический аппарат весил более 500 фунтов», — говорит Элвуд Агасид из Исследовательского центра Эймса, который участвовал в различных этапах работы TUI над электролизными двигателями. Раньше спутники строили только крупные корпорации, что требовало больших вложений времени, денег и НИОКР. Но по мере того, как производственные затраты снижались, и особенно когда комплекты CubeSat стали доступны, доступ к космическим запускам открылся для большего числа игроков, говорит Агасид.

В настоящее время НАСА регулярно выводит на орбиту небольшие спутники, созданные университетами, стартапами и другими организациями, в качестве дополнительной полезной нагрузки в рамках таких программ, как CubeSat Launch Initiative. Но агентство также расширяет возможности малых спутников, чтобы шире использовать их в будущих исследовательских и научных миссиях.

В рамках общих усилий Космического агентства по содействию инновациям CubeSat в 2010 году программа НАСА по исследованию инноваций в малом бизнесе (SBIR) выпустила запрос на двигательные установки для мини-спутников, и TUI был одним из респондентов, выбранных для получения финансирования. через Эймса. Агасид был представителем ответственного за заключение контрактов по двум контрактам SBIR. «Их подход казался разумным и касался вопросов удержания воды и выработки достаточной мощности для проведения электролиза», — говорит он.

В то время у CubeSats не было двигательных установок. Создание достаточно малых двигателей было сложной задачей. И Агасид говорит, что есть опасения по поводу использования герметичных силовых установок на борту катера. В результате CubeSats в значительной степени застряли на орбите основной полезной нагрузки, с которой они летели, не имея возможности изменять свою высоту или поддерживать свою орбиту в долгосрочной перспективе.

Передача технологий

Благодаря финансированию SBIR TUI построила два прототипа и начала их испытания, говорит Хойт. «Управление авионикой, интеграция программного обеспечения, а также улучшение производительности и срока службы по-прежнему были необходимы».

По просьбе НАСА «Переломный момент» Космическое агентство нашло корпоративного партнера — «Миллениум космические системы» — для разделения затрат на доработку того, что TUI теперь называет своими двигателями HYDROS, в обмен на три из полученных двигательных установок для использования на своих малых спутниках «Альтаир». . «Миллениуму» требовались более крупные версии технологии, известные как HYDROS-M, предназначенные для спутников весом от 110 до 400 фунтов, которые уже были доставлены.

Между тем, НАСА выбрало версию CubeSat, HYDROS-C, для запуска своего первого проекта Pathfinder Technology Demonstrator (PTD), который испытывает новую технологию CubeSat. Агасид управляет PTD в Ames в сотрудничестве с Гленном.

Обе версии HYDROS запускаются с резервуарами, в которых достаточно воды, чтобы питать их примерно на три года. Оказавшись на орбите, электролизер, работающий от солнечных батарей, расщепляет воду на кислород и водород, которые хранятся в отдельных баллонах и по мере необходимости перекачиваются в камеру сгорания. Хойт описывает систему как гибрид электрического и химического двигателя, который питается от солнечных батарей, но может высвободить мощную тягу химического двигателя.

Преимущества

Подход HYDROS позволяет избежать рисков, связанных с запуском системы под давлением, поскольку она не находится под давлением до тех пор, пока не начнет заполнять свои газовые камеры на орбите, — говорит Агасид. Система также относительно недорогая и простая в производстве, масштабируемая для спутников разных размеров и экономичная, отмечает он.

И он работает на топливе, которое безвредно как с точки зрения выбросов, так и с точки зрения управляемости. «Вы можете позволить старшекурсникам поиграть с ним, и они не станут отравлять себя», — говорит Хойт.

9По его словам, способность 0002 HYDROS подавать мощные импульсы энергии и длительный срок службы делают его идеальным для любого спутника, которому необходимо перемещаться с одной орбитальной высоты на другую, а затем оставаться там в течение длительного времени. Например, спутники наблюдения Земли часто летают на малых высотах, чтобы максимально увеличить разрешение изображений. В качестве второстепенной полезной нагрузки это может потребовать от них самостоятельного перехода на более низкую орбиту, где сопротивление верхних слоев атмосферы требует частой коррекции, чтобы оставаться на месте.

В дополнение к трем единицам, проданным Millennium, компания продала пару инженерных моделей Технологическому институту ВВС. И хотя Хойт говорит, что не ожидает потока заказов до тех пор, пока двигатели не будут испытаны в полете, компания получает частые запросы на информацию.

«Компаниям, которые запускают группировки спутников, нравится, когда НАСА инвестирует в подобные технологии, а также проводит летные испытания, чтобы убедиться, что они работают», — говорит Агасид.

Но TUI думает не только о краткосрочной перспективе. «В будущем мы будем делать большие ставки на помощь в поддержании всей космической экономики, и мы рассматриваем воду как фундаментальный ресурс, который является ключевым для этой экономики», — говорит Хойт. Следующее поколение подруливающих устройств HYDROS будет включать заправочные порты, что продлит срок их эксплуатации на неопределенный срок. И Хойт с нетерпением ждет сбора воды для путешествий в дальний космос.

Агасид предупреждает, что НАСА все еще работает над определением возможности поиска, восстановления и достаточной очистки воды в космосе. «Но если вы можете, эта технология позволит вам исследовать дальний космос и никогда не беспокоиться о том, что закончится топливо».

Вот все, что мы знаем о автомобилях на воде

Автор OKUNLOLA BARNABAS

Опубликовано 09 августа 2021 г.

Делиться Твитнуть Делиться Делиться Делиться Электронная почта

Существует острая необходимость в революции в области дизайна, а также в решительной позиции в отношении безопасности и надежности автомобилей с водным двигателем.

Через: Искатель, YouTube

21 век стал свидетелем огромного притока инноваций и впечатляющего технического прогресса. Бренды, по сути, перешли от одного уровня технологий к другому умопомрачительному эшелону, который вызывает благоговейный трепет у всего мира; создатели исследуют современность таким образом, чтобы она облегчала жизнь всем.

Одним из исключительных творений автомобильной промышленности являются автомобили с водным приводом — коллекция автомобилей, которые получают энергию непосредственно из воды. Эти относительно новые модели стали предметом дискуссий для веб-сайтов, газет, патентов и так далее.

Говорят, что эти конкретные автомобили производят топливо из воды без какого-либо другого источника энергии, полностью благодаря воде, или даже работают как гибриды, получая энергию из воды или бензина, когда это необходимо. Судя по всему, исследования показали, что вода сама по себе представляет собой полноценный водород, сильно окисленный. При этом водород обладает высокой энергией и легко воспламеняется, но при образовании воды высвобождается его полезная энергия.

Однако важно отметить, что скорость, с которой автомобили с водяным двигателем надеются узурпировать наши обычные автомобили, работающие на бензине, довольно высока, поскольку некоторые новые бренды намерены накапливать много энергии, которая берется из устойчивых и возобновляемых ресурсов (например, водород), а также путем использования этой неиспользованной энергии для дальнейшего улучшения электролиза, а также для питания транспортных средств, использующих водород.

СВЯЗАННЫЕ:Это лучшие способы экономии топлива

Как они работают

Через: Pinterest

Процесс получения водорода из воды называется электролизом; это строгая процедура, при которой вода разлагается на кислород и водород. Однако из-за строгих процессов, связанных с разделением молекул воды, высвобождаемых в точке, где водород окислялся с образованием воды, требуется множество уровней проверки, прежде чем он будет объявлен безопасным для использования.

Как правило, бренды, работающие над этим проектом, или заинтересованные стороны, которые комментировали идею запуска автомобиля на воде, подчеркивали тот факт, что эти водородные транспортные средства могут обеспечить устойчивый способ питания автомобилей чистой энергией в самом ближайшем будущем, независимо от тот факт, что некоторые крупные игроки отрасли остаются неуверенными.

Первый процесс, связанный с созданием автомобиля на водной тяге, записан как накопление водорода в баке; у этого бака есть определенные характеристики, необходимые для того, чтобы сделать его эффективным: он должен быть защищен от столкновений, иметь толстые стенки и размещаться под задним сиденьем. Затем этот накопленный водород будет смешиваться с воздухом и закачиваться в топливный элемент; как только это будет сделано, начнется химическая реакция по извлечению электронов из водорода.

Здесь происходит то, что оставшиеся протоны водорода перемещаются по клетке, чтобы смешаться с кислородом, взятым из воздуха, и произвести воду. Поскольку это установленный факт, что электроны являются естественными производителями электричества, эти электроны создают электричество и заряжают небольшую аккумуляторную батарею, которая затем используется для освещения электрической трансмиссии, и автомобиль впоследствии движется вперед.

СВЯЗАННЫЕ:Вот как коэффициент аэродинамического сопротивления влияет на экономию топлива

Основные бренды работают над этой идеей

Через: Flickr

На протяжении многих лет ряд автопроизводителей предпринимали попытки создать автомобили с водным двигателем. Недавно nanoFlowcell AG; швейцарско-французская компания, запустившая в 2015 году линейку автомобилей с гидроприводом. В конце концов, автомобильная компания столкнулась с большим скептицизмом и критикой. Автомобили, которые они производили, не сжигают газ HHO, используя проточную систему, которая позволяет топливному элементу питаться за счет электролиза.

В том же духе японская компания Genepax также работает над экологичным транспортным средством, работающим на воде. Бренд утверждает, что вода, используемая для приведения автомобиля в движение, вырабатывается водной энергетической системой (WES) путем подачи воды и воздуха на соответствующие электроды.

Genepax продемонстрировал прототип безобидного серого бокса в багажнике автомобиля Genepax бренда, который обеспечивает всю мощность для движения автомобиля. Все, что требуется, это время от времени добавлять бутылку Evian или жидкости на водной основе, а затем продолжать движение, не обязательно когда-либо нуждаясь в бензине! Бренд планирует предоставить системы генерации класса 1 кВт для использования в жилых помещениях и в электромобилях.