Водородные двигатели принцип работы: Водородный двигатель; устройство, принцип работы, перспективы

Водородный двигатель: работа, виды, недостатки и преимущества

El водородный двигатель остается одной из ставок на будущее автомобильной промышленности. Его работа дает ему ряд преимуществ которые позволяют вам оставаться на плаву, несмотря на ваши недостатки. По этой причине такие бренды, как Toyota, BMW, Mazda, Hyundai и Ford, сделали большие вложения в этой технологии.

В этой статье мы рассмотрим как работает водородный двигателькакие тип есть и какие они основные плюсы и минусы. Таким образом, можно понять, почему несколько компаний продолжают работать над ним, несмотря на расширение аккумуляторные электромобили.

Есть два типа двигателей, которые используют водород, двигатели внутреннего сгорания y los двигатели для переоборудования топливных элементов. Давайте посмотрим, как они работают и какие преимущества и недостатки у каждого из них.

Индекс

• 1 Водородный двигатель внутреннего сгорания
  • 1.1 Как работает двигатель внутреннего сгорания на водороде?
  • 1.2 Примеры двигателя внутреннего сгорания на водороде
• 2 водородный двигатель на топливных элементах
  • 2.1 Работа двигателя на водородных топливных элементах
  • 2.2 Примеры автомобилей на водородных топливных элементах
• 3 Недостатки водородного двигателя
• 4 Преимущества водородного двигателя
• 5 Как заправляется водород
• 6 автономность водородного автомобиля
• 7 Безопасен ли водородный автомобиль?

Водородный двигатель внутреннего сгорания

эти двигатели они используют водород как бензин. То есть они сжигают его в камерах сгорания для получения взрывов (кинетической энергии и тепла). По этой причине обычный бензиновый двигатель можно приспособить для сжигания водорода так же, как они приспособлены для ГПП o GNC.

Подпишитесь на наш Youtube-канал

Как работает двигатель внутреннего сгорания на водороде?

Работа этого двигателя очень похожа на работу бензинового двигателя. водород используется в качестве топлива y el кислород как окислитель. Химическая реакция инициируется искрой, которую можно произвести с помощью вилки.

В водороде нет атомов углерода, поэтому реакция

соединение двух молекул водорода с одной молекулой кислорода, чтобы высвободить энергию и воду. Выражается в химическом уравнении: 2 Н2 + О2 → 2 Н2О.

El результат его химической реакции просто водяной пар. Однако двигатели внутреннего сгорания на водороде может производить некоторые выбросы полученный в результате его эксплуатации. Например, небольшое количество NOx, воздухом и теплом камеры сгоранияили выбросы произведено сжечь немного масла которые пересекают поршневые кольца.

Como эль водород это газ, хранится в резервуаре при давлении 700 бар. Это в 350-280 раз превышает обычное давление в автомобильных шинах (от 2 до 2,5 бар). Хотя были и автомобили, которые хранили водород в жидком состоянии при очень низкой температуре, как вы увидите ниже.

Двигатели внутреннего сгорания на водороде предлагают некоторые интересные преимущество над обычными двигателями внутреннего сгорания, Так, например, теоретически они могли работать на очень бедной смеси (лямбда близка к 2). То есть они могли бы использовать небольшое количество топлива, чтобы использовать весь поступающий воздух и стать очень эффективными.

Примеры двигателя внутреннего сгорания на водороде

БМВ 750 гл они являются хорошим примером водородного двигателя, появившегося на свет в 2000 году. Хотя на самом деле это был бензиновый двигатель BMW, адаптированный также для сжигания водорода.

Однако у него было несколько недостатков: во-первых, он хранил

жидкий водород. Для чего требовался очень дорогой склад из материалов аэрокосмической промышленности. хранить при температуре ниже -250ºC. Что-то, чего можно было достичь только в течение 12 или 14 дней, периода, в течение которого водород постепенно испарялся и благополучно выбрасывался в атмосферу. Второй недостаток заключается в том, что при использовании водорода потерял большую часть своей мощности и эффективности. El задний БМВ Водород 7 В 2005 году он уже частично решил эти проблемы и довел водород до давления 700 бар без необходимости поддерживать его при низкой температуре.

Другим хорошим примером является Водородный двигатель Водолей. Двигатель, работающий на ископаемом топливе, разработанный израильской компанией и адаптированный для использования водорода. Первая функциональная версия была представлена ​​в 2014 году, а позже появилась модифицированная и улучшенная версия.

По словам его разработчиков, он может работать без смазочного масла и имеет систему газообмена для снижения выбросов NOx.

Кроме того, этот двигатель внутреннего сгорания на водороде очень легкий и имеет очень мало частей, поэтому его производство будет дешевым. Он может работать как расширитель диапазона для электромобилей или как генератор электроэнергии для электросети.

водородный двигатель на топливных элементах

Его полное имя водородный двигатель на топливных элементах. Несмотря на слово «топливо», они не сжигают водород. Они используют его для производства электроэнергии посредством процесса, обратного электролизу. Именно поэтому они носят с собой аккумулятор, в котором происходит химическая реакция.

Работа двигателя на водородных топливных элементах

Как и в водородном двигателе внутреннего сгорания, водород хранится в баке под давлением 700 бар. Только вместо того, чтобы подавать его к двигателю, он достигает топливный элемент с одним анодом и одним катодом (как аккумулятор).

Попав в него, водород (Н2) проходит через мембрану, который разбивает его на два иона водорода и два свободных электрона. Выражается в виде химического уравнения: Н2 → 2Н+ и 2е-. Это происходит потому, что указанная мембрана электрически изолирована и пропускает 2H+, но не пропускает электроны.

Эти электроны переходят от анода к катоду. от аккумулятора по внешней цепи, тем самым генерируя ток электрический. Образовавшиеся ионы водорода связываются с кислородом воздуха, образуя воду. Выражается химической формулой: h3 + 1/2 O2 → h3O.

По этой причине водородный двигатель на топливных элементах да, это нулевые выбросы, так как при сжигании масла не образуются NOx или газы, как в случае сжигания.

La мембрана используется в этих двигателях это дорого, потому что сделано из платины. Тем не менее, есть работы по решению этой высокой стоимости. Например, в Техническом университете Берлина разработали сплав железа, который мог бы значительно снизить затраты, если бы его удалось запустить в производство.

Примеры автомобилей на водородных топливных элементах

Этот тип двигателя был выбран многими автомобильными брендами. Например, Хонда с ее Топливный элемент ясностиили Тойота с Mirai и другие тяжелые транспортные работы, такие как грузовик с водородным двигателем.

К ним следует добавить Хендай Нексо, el Хопиум машина, Ленд Ровер защищать водород, el BMW i Водород СЛЕДУЮЩИЙ, el Мерседес GLC F-CELL и грузовик той же марки Genh3.

Недостатки водородного двигателя

• Катализаторы, используемые в химической реакции водородного двигателя на топливных элементах, имеют дорогие материалыкак платина. По крайней мере, до тех пор, пока его не заменят более дешевым, вроде упомянутого выше из Берлинского технического университета.
• Для получения водорода необходимо провести термохимические процессы для ископаемого топлива или электролиз воды, что требует затрат энергии. Основная критика водородных двигателей, поскольку электричество можно было хранить непосредственно в аккумуляторе электромобиля для использования.
• Как только водород получен, его необходимо вводить под давлением в камеры или баки. Процесс, который также требует дополнительных затрат энергии.
• Лас- водородные элементы его дорого производить, они должны быть очень устойчивыми, чтобы выдерживать высокое давление, при котором должен храниться водород.

Преимущества водородного двигателя

• El вес водородных элементов меньше чем у аккумуляторов электромобилей. Именно поэтому его использование в большегрузном транспорте изучается как альтернатива аккумуляторным электромобилям. Чтобы иметь возможность преодолевать большие расстояния, их вес очень велик.
• Зарядка водорода быстрее чем сегодня заряжать аккумулятор электромобиля.
• В отличие от аккумуляторного электромобиля, водородному транспортному средству на топливных элементах не нужна большая батарея. Вот почему требуется меньше лития или других материалов, которых может не хватать. Двигатель внутреннего сгорания на водороде не требует напрямую литиевой батареи или других подобных.
• Топливные элементы продлевают жизнь автомобиля. В отличие от электрических батарей, замена которых из-за их размера и емкости очень дорога. Батарея, связанная с водородным двигателем, меньше по размеру и, следовательно, ее дешевле заменить.
• По сравнению с двигателем, работающим на ископаемом топливе, в водородных двигателях на топливных элементах используется электродвигатель, поэтому они очень тихий.

Как заправляется водород

Водородные двигатели имеют тот недостаток, что их бак или топливный элемент должен содержать водород под очень высоким давлением. Следовательно точки снабжения также должны соответствовать с давлением 700 бар что они несут

Эсто требует создания инфраструктуры запаса, чтобы иметь возможность заправлять этот тип транспортного средства. То есть та же проблема, что и у аккумуляторных электромобилей. Тем не менее, заправка намного быстрее чем у них, потому что он такой же, как у автомобилей LPG или GLC.

автономность водородного автомобиля

Современные автомобили с двигателем на водородных топливных элементах имеют такую ​​же автономию, как и бензиновые. Например, Toyota Mirai объявляет 650 км при полной ячейке, Hyundai Nexo 756 км y el BMW iX5 Водород 700 км.

другие, как Hopium Machina объявляет о запасе хода в 1.000 км., хотя это цифра, которая на данный момент должна быть подтверждена, когда она произойдет. В любом случае автономность не так важна, как в электрическом аккумуляторе, так как заправка происходит гораздо быстрее.

Что вы должны принять во внимание, так это количество точек заправки.

Безопасен ли водородный автомобиль?

Бренды работают годами на этом типе двигателя улучшить эффективность, низкие затраты и, конечно же, заставить их быть загар страхование таких как ископаемое топливо.

Кроме того, стандарты безопасности, требуемые в Европе, США и Японии, являются гарантией безопасности автомобилей с водородным двигателем. Не вдаваясь в подробности, Toyota хвастается тем, что бак Mirai настолько прочный, что даже пуленепробиваемый.

Увидим ли мы день, когда все автомобили будут работать на водороде? Время покажет. Ясно то, что бренды продолжают инвестировать и что у него есть некоторые преимущества, которые делают его правдоподобной альтернативой транспорту с нулевым уровнем выбросов.

Водневі автомобілі: основна інформація

Главные конкуренты электрокаров в наше время – водородные автомобили, и мы в «Укр-Прокат» в Харькове подробнее разобрались в их особенностях и происхождении. Кто-то считает, что за этой технологией будущее, а кто-то называет ее пустой тратой времени. Но в чем же ее особенности?

Главное преимущество водородных двигателей – их экологичность и отсутствие выбросов в атмосферу. Кроме того, их КПД даже выше, чем у двигателя внутреннего сгорания. При этом работает водородный двигатель бесшумно. Из недостатков – высокая стоимость и нехватка инфраструктуры на данном этапе развития технологии.

Как работает водородный двигатель?

Вместо бензина топливный бак такого автомобиля заправляют сжатым водородом. В топливном элементе есть специальная мембрана, разделяющая анод и катод. В камеру с анодом поступает водород, а в камеру с катодом – кислород. В процессе водород выделяет отрицательно заряженные электроды, а кислород – положительно заряженные протоны. Все они притягиваются к покрытой катализатором мембране, и в процессе реакции образуется пар и электричество. В целом водородный автомобиль можно назвать электрокаром. Отличается только принцип работы аккумулятора.

Это позволило существенно увеличить его емкость – в десятки раз больше, чем у литий-ионного. И ускорить темпы зарядки – нескольких минут достаточно для того, чтобы преодолеть 500 км.

С чего все начиналось?

Первый водородный двигатель разработали еще в 1806 году. Его создатель – француз Франсуа Исаак де Риваз, который получил водород в процессе электролиза воды. Но до патента не дошло.

Первый патент выдали почти на 40 лет позже в Великобритании. Еще через 10 лет в Германии создали двигатель внутреннего сгорания на воздушно-водородной смеси. В 1933 удалось переоборудовать грузовой автомобиль так, чтобы он работал на водороде. Это был эксперимент крупной промышленной компании Norsk Hydro Power. Технология продолжала развиваться и распространятся.

И вот в 1959 году в Америке появился первый водородный транспорт – трактор. В 1966 году General Motors выпустили первый автомобиль на водороде. Уже тогда он проезжал более 190 км на одной заряде – очень внушительный результат. Правда тогда это была всего одна тестовая модель, которая так и не покинула территории завода.

В 1979 водородный автомобиль выпускает компания BMW, разработчики которой искали альтернативные решения в связи с нефтяным кризисом 70-х. Но ситуация разрешилась, и технологию надолго оставили – вплоть до 2000-х годов.

В 2007 у BMW вышла серия гибридных автомобилей Hydrogen 7, работающих и на бензине, и на водороде. Но решение было еще не самым практичным, зато дорогим.

В 2014 году Toyota выпускает модель Mirai – первый водородный автомобиль серийного производства. С тех пор своими моделями и линейками обзавелись все крупные производители.

Где еще используют водородные двигатели?

На самом деле водородные двигатели давно используют в других сферах, и только сейчас их активно разрабатывают для легковых автомобилей. В автобусах, поездах, самолетах и водном транспорте это уже отнюдь не диковинка. Кроме того, водород используется в складских погрузчиках, электрокарах для гольфа, в сервисных автомобилях и спецтехнике. Электростанции на водороде способны обеспечивать отдельные предприятия или целые небольшие города. Например, Япония начала активный переход на водородную энергетику еще в 2018 году после аварии на Фукусиме.

Как работает водородный двигатель: все, что вам нужно знать

Водородные двигатели по-прежнему остаются одним из приоритетов автомобильной промышленности. Его работа дала ему ряд преимуществ, удерживая его на плаву, несмотря на его неудачи. С этой целью Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford и другие бренды вложили значительные средства в эту технологию. Двигатели, использующие водород, включают двигатели внутреннего сгорания и конверсионные двигатели на топливных элементах. Многие люди не знают как работает водородный двигатель и их соответствующие преимущества и недостатки.

По этой причине мы собираемся посвятить эту статью тому, чтобы рассказать вам, как работает пошаговый водородный двигатель, каковы его характеристики и его значение для автомобильного мира.

Содержание

• 1 Как работает двигатель внутреннего сгорания на водороде?
• 2 Пример работы двигателя внутреннего сгорания на водороде
• 3 Как работает двигатель на водородных топливных элементах?
• 4 Недостатки водородных двигателей
• 5 Преимущества водородных двигателей
• 6 Автономность
• 7 Безопасны ли они?

Как работает двигатель внутреннего сгорания на водороде?

Эти двигатели используют водород в качестве бензина. То есть они сжигают его в камере сгорания, чтобы создать взрыв (кинетическая энергия и тепло). По этой причине обычные бензиновые двигатели могут быть приспособлены для сжигания водорода в дополнение к сжиженному нефтяному газу или сжатому природному газу.

Работа этого двигателя очень похожа на работу бензинового двигателя. В качестве топлива используется водород, а в качестве окислителя – кислород. Химическая реакция инициируется искрой, а свеча зажигания может дать искру. В водороде нет атомов углерода, поэтому реакция состоит в том, что две молекулы водорода соединяются с одной молекулой кислорода, высвобождая энергию и воду.

Результатом его химической реакции является просто водяной пар. Однако двигатели внутреннего сгорания на водороде производят некоторые выбросы во время своей работы. Например, небольшое количество NOx из воздуха и тепла из камеры сгорания или выбросы от сжигания масла через поршневые кольца.

Поскольку водород является газом, он хранится в резервуаре с давлением 700 бар. Это в 350-280 раз выше, чем обычное давление в автомобильных шинах. (от 2 до 2,5 бар). Хотя есть и автомобили, которые хранят водород в жидком виде при очень низких температурах, как показано ниже.

Двигатели внутреннего сгорания на водороде обладают некоторыми интересными преимуществами по сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания. Например, теоретически они могут использовать очень тонкие смеси (лямбда близка к 2). То есть они могут использовать очень мало топлива, чтобы использовать весь поступающий воздух и стать очень эффективными.

Пример работы водородного двигателя внутреннего сгорания

Хорошим примером водородного двигателя является BMW 750hl, появившийся на рынке в 2000 году. Хотя на самом деле это бензиновый двигатель BMW, он также способен сжигать водород.

Однако у него есть несколько недостатков: во-первых, он хранит водород в жидком виде. Для этого требуется очень дорогой резервуар, изготовленный из материалов аэрокосмического сектора , чтобы поддерживать температуру ниже -250ºC . Этого можно достичь только в течение 12–14 дней, в течение которых водород постепенно испаряется и безопасно выбрасывается в атмосферу. Второй недостаток заключается в том, что при использовании водорода вы теряете много мощности и эффективности. Более поздний BMW Hydrogen 7 2005 года частично решил эти проблемы и увеличил давление водорода до 700 бар, не оставляя его холодным.

Другой хороший пример — водородный двигатель Водолея. Двигатель на ископаемом топливе, разработанный израильской компанией, подходит для использования водорода. Первая функциональная версия была представлена ​​в 2014 году и с тех пор появилась переработанная и улучшенная версия. По словам его разработчиков, он может работать без смазочного масла и имеет систему газообмена для снижения выбросов NOx.

Кроме того, водородный двигатель внутреннего сгорания легкий и состоит из небольшого количества деталей, что делает его производство дешевым. Его можно использовать как расширитель диапазона для электромобилей или как генератор для сети.

Как работает двигатель на водородных топливных элементах?

Его полное название — водородный двигатель, переделанный на топливных элементах. Несмотря на слово «топливо», они не сжигают водород. Они используют его для выработки электроэнергии посредством процесса, обратного электролизу. Вот почему они носят аккумуляторы для химических реакций, как в водородном двигателе внутреннего сгорания, где водорода хранится в баках с давлением 700 бар .

Просто вместо того, чтобы подавать его на двигатель, он проходит через анод и катод (как аккумулятор) к топливному элементу. Оказавшись там, газообразный водород (h3) проходит через мембрану и расщепляет ее на два иона водорода. Водород и два свободных электрона. Эти электроны проходят от анода к катоду батареи через внешнюю цепь, создавая электрический ток. Образовавшиеся ионы водорода соединяются с кислородом воздуха, образуя воду.

По этой причине двигатель на водородных топливных элементах имеет нулевые выбросы, поскольку он не производит NOx или газы, образующиеся при сжигании масла, как двигатель внутреннего сгорания. Диафрагмы, используемые в этих двигателях, изготовлены из платины и стоят дорого. Тем не менее, есть работа по решению этой высокой стоимости. Например, в Техническом университете Берлина разработали ферросплав, запуск которого в производство мог бы значительно снизить затраты.

Недостатки водородных двигателей

• Катализаторы, используемые в химических реакциях двигателей на водородных топливных элементах, изготовлены из дорогих материалов, таких как платина. По крайней мере, до тех пор, пока его не заменит более дешевая альтернатива, вроде упомянутой в TU Berlin.
• Чтобы получить водород, это должно быть сделано термохимическими процессами ископаемого топлива или электролизом воды, что требует затрат энергии. Основная критика водородных двигателей заключается в том, что электроэнергию можно хранить непосредственно в аккумуляторе электромобиля для использования.
• Как только водород получен, должен быть введен в ячейку или резервуар высокого давления. Этот процесс также требует дополнительных затрат энергии.
• Водородные батареи дороги в производстве и должны быть очень прочными, чтобы выдерживать высокое давление, при котором должен храниться водород.

Преимущества водородных двигателей

• Водородные батареи легче, чем батареи электромобилей. Вот почему его использование в тяжелом транспорте изучается в качестве альтернативы аккумуляторным электромобилям. Чтобы иметь возможность преодолевать большие расстояния, они очень тяжелые.
• Сегодня зарядка водорода происходит быстрее, чем зарядка аккумулятора электромобиля.
• В отличие от аккумуляторных электромобилей, для автомобилей на водородных топливных элементах не требуются большие аккумуляторы. Следовательно, требуется меньше лития или других материалов, которых может не хватать. Водородные двигатели внутреннего сгорания напрямую не требуют литиевых батарей или других подобных батарей.
• Топливные элементы могут продлить срок службы автомобиля. В отличие от батарей, замена которых обходится дорого из-за их размера и емкости. Аккумуляторы, используемые в водородных двигателях, меньше по размеру и, следовательно, дешевле в замене.
• По сравнению с двигателями, работающими на ископаемом топливе, в двигателях на водородных топливных элементах используются электродвигатели, поэтому они очень тихие.

Автономность

Недостатком водородных двигателей является то, что их баки или топливные элементы должны содержать водород под очень высоким давлением. Таким образом, точка подачи также должна соответствовать давлению 700 бар, которое она поддерживает .

Требуется построить инфраструктуру снабжения, чтобы иметь возможность заправлять этот тип транспортных средств. Тем не менее, у него те же проблемы, что и у чисто электрических транспортных средств. Однако операция дозаправки выполняется намного быстрее, чем у них, поскольку она такая же, как у автомобилей, работающих на сжиженном газе или GLC.

Автомобили, оснащенные в настоящее время двигателями на водородных топливных элементах, имеют такой же запас хода, как и бензиновые. Например, Toyota Mirai заявила о 650 км пробега с полностью заряженной батареей, Hyundai Nexo — 756 км, а BMW iX5 Hydrogen — 700 км.

Другие, такие как Hopium Machina, объявили о дальности полета в 1000 км, хотя теперь эта цифра должна быть подтверждена, когда это произойдет. В любом случае автономность не так важна, как батарея, ведь заправка происходит намного быстрее. Важно помнить о количестве топливных баллов.

Они в безопасности?

Бренды годами работают над двигателями этого типа, чтобы повысить их эффективность, снизить затраты и, конечно же, сделать их такими же безопасными, как и те, которые работают на ископаемом топливе.

Кроме того, стандарты безопасности, требуемые в Европе, США и Японии, являются гарантией безопасности транспортных средств, работающих на водороде. Само собой разумеется, Toyota рекламирует, что бензобак Mirai достаточно прочен, чтобы быть пуленепробиваемым.

Увидим ли мы день, когда все автомобили будут работать на водороде? Время все покажет. Понятно, что бренды продолжают инвестировать, и у него есть некоторые преимущества, которые делают его разумной альтернативой транспорту с нулевым уровнем выбросов.

Я надеюсь, что с помощью этой информации вы сможете больше узнать о том, как работает водородный двигатель, его характеристиках, преимуществах и недостатках.

Что такое водородный двигатель внутреннего сгорания и может ли он стать реальной альтернативой аккумуляторным электромобилям? Новости технологий, Firstpost

Амаан Ахмед столкнувшись с большей неопределенностью, чем когда-либо, единственная хорошо задокументированная уверенность заключается в том, что скоро ископаемое топливо будет заменено альтернативными источниками энергии для мобильных приложений во всем мире. Большинство автопроизводителей уже поднялись на борт многообещающего электромобиля и работают над переходом от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) к автомобилям с литий-ионными батареями. Однако не все игроки хотят идти по этому пути, и некоторые известные имена оценивают другие формы источников энергии для будущих транспортных средств, в том числе использование водорода в качестве топлива в автомобиле с ДВС.

Разве автомобили на водороде не существуют уже много лет?

Да, за последние несколько десятилетий мир видел множество электромобилей на водородных топливных элементах (FCEV) — как в концептуальных, так и в серийных формах. Однако, несмотря на несколько попыток, ни одному автопроизводителю не удалось вывести FCEV в центр внимания, и поэтому они продолжают оставаться редкостью. В настоящее время производятся только кроссоверы Hyundai Nexo и Toyota Mirai, а Honda недавно прекратила выпуск Clarity FCEV. И Hyundai, и Toyota используют водород для питания топливного элемента, который превращает энергию в электричество посредством химической реакции и приводит в действие электродвигатель, приводящий в движение автомобиль.

Toyota Mirai — один из всего двух автомобилей на водородных топливных элементах, поступающих в продажу в настоящее время. Изображение: Toyota

Но это сложный процесс, а приложение стоит дорого. Теперь Toyota предлагает более прямое (и почти столь же чистое) решение в виде двигателя внутреннего сгорания, работающего на водороде.

Чем отличается двигатель внутреннего сгорания на водороде? Приносит ли это пользу?

При использовании FCEV нужно учитывать многое: транспортное средство оснащено водородными баками, топливным элементом, а также электродвигателем или двигателями (в зависимости от конфигурации транспортного средства), и все они объединены в единое целое. Он также использует платину, редкий и довольно дорогой ингредиент, для реакции восстановления кислорода в топливном элементе.

Водородный двигатель внутреннего сгорания можно изготовить, просто внеся ряд модификаций в существующие бензиновые и дизельные двигатели. Изображение: Toyota

Водородный ДВС, как следует из названия, упрощает аппаратное обеспечение, так как по сути это старый добрый двигатель внутреннего сгорания, переделанный для работы на х3. Существующие двигатели можно адаптировать, изменив определенные компоненты, такие как система подачи топлива и свечи зажигания, для использования водорода вместо бензина или дизельного топлива, а это означает, что у автопроизводителей есть проверенная временем база, которую можно развивать и улучшать для дальнейшего соответствия водородным приложениям. , не делая значительных инвестиций в электрические силовые агрегаты.

Основной целью использования водорода будет превращение автомобиля в транспортное средство со сверхнизким уровнем выбросов. При сгорании водорода транспортное средство будет в основном выделять только водяной пар. Причина, по которой это не приложение с нулевым уровнем выбросов, заключается в том, что незначительное количество углекислого газа (CO2) также выбрасывается из-за сжигания моторного масла, а процесс сгорания в ДВС h3 приводит к выбросу оксидов азота ( NOx). Хотя эти выбросы значительно ниже, чем у бензиновых/дизельных автомобилей, FCEV лучше ДВС h3 в этом отношении, поскольку они действительно являются автомобилями с нулевым уровнем выбросов.

Что сделала Toyota, чтобы ускорить разработку водородного двигателя внутреннего сгорания?

Ранее в этом году Toyota переоборудовала 1,6-литровый трехцилиндровый бензиновый двигатель с турбонаддувом от хэтчбека Toyota GR Yaris для работы на сжатом водороде и оснастила его гоночным хэтчбеком Corolla.

Автоспорт, по словам Toyota, был бы лучшим местом, чтобы дать водородному двигателю внутреннего сгорания шанс на жизнь, поскольку опыт, полученный на трассе, ускорит процесс разработки и поможет реализовать массовое внедрение трансмиссии гораздо более быстрыми темпами. Японский автогигант сразу же бросил Corolla, работающую на водороде, в самое жесткое испытание, приняв участие в 24-часовой гонке на выносливость Super Tec на трассе Fuji Speedway в мае.

Toyota установила 1,6-литровый трехцилиндровый бензиновый двигатель GR Yaris, модифицированный для работы на водороде, в гоночный автомобиль Corolla и приняла участие в 24-часовой гонке на выносливость на гоночной трассе Fuji Speedway. Изображение: Toyota

Удивительно, но Corolla, за рулем которой, в частности, были бывший гонщик Формулы-1 Камуи Кобаяши и глава Toyota Motor Corporation Акио Тойода, сумела закончить гонку в целости и сохранности. Тем не менее, это было не в темпе — за 24 часа Corolla h3 смогла пройти только 358 кругов по трассе Fuji Speedway, что почти вдвое меньше, чем у других автомобилей с обычным двигателем на трассе. Corolla, которая показала небольшую среднюю скорость 68 км/ч, также сделала больше остановок для дозаправки (всего 35) по сравнению со средним показателем 20 для других участников, и каждая остановка для дозаправки также занимала больше времени (около шести-семи минут), что означает, что приходилось останавливаться для заправки примерно каждые 42 минуты, а из 24 часов около четырех часов приходилось заправляться.

В более многообещающих показах Corolla h3 с тех пор участвует в пятичасовых гонках на выносливость Super Taikyu в Автополисе и Сузуке, причем Toyota заявляет, что гоночный автомобиль на водороде теперь так же мощен, как и бензиновый гоночный автомобиль (который был как в предыдущем случае), ускорение увеличено на 10 процентов, а расход топлива увеличен, что позволяет сократить время дозаправки всего до двух минут. Говорят, что производительность значительно улучшилась, и энтузиастам понравится тот факт, что он звучит более или менее как обычный гоночный автомобиль, что является освежающим отличием от сверхбыстрых, но абсолютно бесшумных электромобилей. И все это при значительном выделении водяного пара.

Звучит здорово, но ведь должен же быть подвох?

Подвоха не просто — их много, как есть.

Причина, по которой Corolla h3 должна была сделать столько же остановок для дозаправки, сколько во время 24-часового пробега, заключалась в меньшей эффективности водородного топлива по сравнению с бензином. При хранении в резервуарах высокого давления в газообразном состоянии водород, который не такой плотный, как бензин, страдает от объемной неэффективности и требует большей емкости для хранения и сжигания, чем обычное жидкое топливо. Задние сиденья Corolla были выброшены, чтобы освободить место для водородных баков, которые были сложены на крыше, полностью закрывая обзор через заднее ветровое стекло. В дорожном транспортном средстве необходимое хранилище для водородных баков, которое обеспечило бы транспортному средству приемлемую дальность хода, съело бы массу внутреннего пространства, что сделало бы транспортное средство в значительной степени непрактичным.

Задняя видимость в гоночном автомобиле Corolla была нулевой из-за того, что заднее сиденье было полностью занято большими резервуарами для хранения водорода, без которых у автомобиля просто не было бы необходимого запаса хода. Изображение: Toyota

По сравнению с ДВС с обычным двигателем, водородные ДВС обеспечивают только 20–25% КПД, выходная мощность варьируется в зависимости от плотности энергии водородно-воздушной смеси, а водородные ДВС также склонны к детонации, что может негативно повлиять на двигатель. долговечность, а также топливная экономичность. Впрочем, последнюю проблему можно решить с помощью системы рециркуляции отработавших газов.

Ну и чистота самого водородного топлива. В настоящее время процесс создания водорода в основном включает использование ископаемого топлива, которое вносит значительный вклад в выбросы CO2. Это контрпродуктивное решение, а идеальная и самая чистая альтернатива, зеленый водород (производимый за счет использования возобновляемых ресурсов), значительно дороже и стоит от 3,5 до 6 долларов за кг. Существенное падение цен на зеленый водород вряд ли произойдет до конца этого десятилетия. До тех пор, пока этого не произойдет, использование водородного транспортного средства — на любой другой форме водорода — может на самом деле быть хуже для окружающей среды, чем использование транспортного средства на ископаемом топливе.

Количество станций заправки водородом в большинстве стран ничтожно мало по сравнению с количеством станций зарядки электромобилей. Изображение: Mercedes-Benz

А вот и сама инфраструктура водородного топлива. В то время как зарядные станции для аккумуляторных электромобилей создаются почти каждый день по всему миру, в крупных странах всего несколько водородных заправочных станций, а это означает, что движение на водородном транспортном средстве сильно ограничено. Стоимость установки водородной станции, которая, как говорят, колеблется от 2 до 3,2 миллиона долларов в зависимости от типа станции, непомерно высока на большинстве рынков, и, поскольку в продаже почти нет водородных транспортных средств, инвестиции в один из них не окупаются. много делового смысла на данный момент.

Еще больше усложняет ситуацию то, что хотя заправка водородного транспортного средства занимает всего несколько минут, на станции все равно придется ждать — до 20 минут, так как в резервуаре для хранения должно быть достаточное давление. чтобы иметь возможность подавать водород в бак автомобиля, который в противном случае не может быть заполнен полностью. В случае массового внедрения очереди на станциях будут извилистыми, и не у каждого водителя будет свободное время.

Даже недавно представленный Hyundai прототип водородного электромобиля Vision FK может разогнаться до 100 км/ч менее чем за четыре секунды, что заметно медленнее, чем у большинства современных высокопроизводительных электромобилей, и сама компания признает, что упаковка этого прототипа «чрезвычайно сложная». «. Изображение: Хендай

Безопасность также остается проблемой для водородных хранилищ. Мощные взрывы на объектах заправки и хранения водорода в Норвегии и Южной Корее в прошлом подняли вопросы о том, насколько безопасным будет водород, который легко воспламеняется, для массового потребления, а также привели к тому, что местные группы выступили против создания новых заправочных станций. станции и производственные объекты в их окрестностях.

Наконец, автомобили на водороде уступили электромобилям почти по всем направлениям. Беспокойство по поводу дальности пробега быстро уходит в прошлое благодаря электромобилям с более крупными и эффективными аккумуляторными блоками, а электромобили всегда будут опережать водородные автомобили, когда речь идет о производительности. Время зарядки продолжает сокращаться с каждым годом, а быстрое и постоянное развитие аккумуляторных технологий почти наверняка приведет к тому, что батареям потребуется столько времени для полной зарядки, сколько необходимо для заполнения топливного бака автомобиля с ДВС.

Достигает ли Индия прогресса в производстве экологически чистого водорода?

Стремление к зеленому водороду набирает обороты в Индии. Государственная компания GAIL India Ltd недавно объявила, что в течение следующих 12–14 месяцев построит завод по производству экологически чистого водорода мощностью 10 МВт — крупнейший такой завод в стране. Глава Reliance Industries Мукеш Амбани заявил, что компания в рамках своего бизнеса в области экологически чистой энергии стремится снизить стоимость зеленого водорода до 1 доллара за кг к концу этого десятилетия.

Индийское правительство уже определило стандарты безопасности для производства зеленого водорода, а профсоюзный министр Нитин Гадкари неоднократно выступал за использование водорода в качестве автомобильного и промышленного топлива, принятие которого помогло бы сократить потребление топлива в стране. счет за импорт существенно.

Найдут ли где-нибудь применение водородные двигатели или даже станут ли они реальной концепцией?

Существует вариант использования двигателей внутреннего сгорания на водороде, особенно в коммерческих автомобилях. Транспортные средства, время безотказной работы которых значительно выше, чем у автомобилей личного пользования, например большегрузные грузовики, автобусы и тяжелая техника, идеально подходят для водородных двигателей внутреннего сгорания, поскольку они должны работать в течение определенного количества часов (и не могут позволить себе остановку на длительный срок). длительности зарядки своих батарей), имеют фиксированные точки в пути и будут бороться с дополнительным весом чрезвычайно больших батарейных блоков. В контролируемой среде и с небольшим количеством водородных заправочных станций такие автомобили могут легко перейти на h3, и ряд производителей, в том числе специалист по тяжелой технике JCB, находятся на пути к внедрению водородного двигателя внутреннего сгорания для своих коммерческих автомобилей.

Водород лучше подходит для коммерческого транспорта и тяжелой техники. Изображение: Mercedes-Benz

Потенциально можно было бы также использовать водород в автоспорте.