0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Водород в автомобилях: Опасности и сложности использования

Плюсы и минусы водородного топлива

Водородное топливо уже давно занимает ведущие позиции среди других источников энергии. Обладающий уникальными свойствами, водород по праву называют топливом ближайшего будущего. По сравнению с дизельным и бензиновым топливом, у него больший КПД, а также экологичность. Попытаемся разобраться, почему его до сих пор не используют?

Водородный коктейль

Хотя водород обладает чудесными характеристиками, его почти не применяют на автотранспорте потому, что люди привыкли использовать бензин, хотя он и дорожает с каждым днем. Также ведущие автокомпании постоянно откладывают сроки перехода на водородное топливо, мотивируя это тем, что установки для получения водорода появятся только к 2030 году. Европейские и американские аналитики могут быть правы в этих подсчетах, но есть множество доказательств экстренного перевода на водород целого автопарка, причем буквально за 10 -12 дней!

История двигателя внутреннего сгорания на водороде

Применение водорода в качестве топлива началось еще в XIX веке, когда французский изобретатель Франсуа Исаака де Риваз в 1806 году разработал самый первый в мире ДВС, потребляющий водородное топливо. Необходимую электрическую энергию он получал методом электролиза воды. Позже бельгийский изобретатель Жан Жозеф Этьен Ленуар заставил самоходный экипаж двигаться с помощью энергии водорода. Так бы водород и служил бы человечеству в качестве основного топлива, но в 1870 году в ДВС стали применять бензин, сведя на нет первые опыты с водородным топливом.

Водородное топливо в блокадном Ленинграде
О водороде вспомнили только в блокадном Ленинграде в конце 1941 года, благодаря военному технику Б. И. Шелищу, который предложил использовать отработанный водородный газ для заправки автотранспорта. От налетов вражеской авиации Ленинград защищался зенитными орудиями, а также заградительными аэростатами, наполненными водородом, чтобы помешать прицельной бомбардировке города.

Когда водородные аэростаты спускались на землю, их использовали в качестве альтернативного источника топлива. Всего лишь за неделю группа техников переоборудовала на водородное топливо 600 грузовиков ГАЗ. После войны об этом изобретении снова забыли, перейдя опять на бензин.

В 1970 годах, когда произошел энергетический кризис, люди опять оценили необходимость альтернативных источников энергии. Так, Украинским ИПМ был переоборудован весь свой автомобильный парк водородное топливо, отлично справившись с топливным кризисом. Об успешных экспериментах снова забыли после распада советского союза.

Современные автомобили на водороде находятся пока в стадии проектирования, а вернее выпускать серийно опытные модели пока не собираются из-за неразвитой инфраструктуры заправок автотранспорта водородным топливом. В промышленных масштабах получить водород электролизом воды недешево, поэтому автокомпании пока не спешат на него переходить, ожидая более дешевый и простой способ получения топлива.

Преимущества водородных ДВС

Главное неоспоримое преимущество автомобилей на водороде – это высокая экологичность, так как продуктом горения водорода является водяной пар. Конечно, при этом сгорают еще различные масла, но токсичных выбросов гораздо меньше, чем у бензиновых выхлопов.

Простая конструкция.

Отсутствие дорогостоящих систем топливоподачи, которые к тому же опасны и ненадежны.

Бесшумность.

КПД электродвигателя на водородном топливе намного выше, чем у ДВС.

Имеются и недостатки у автомобилей на водородном топливе:

Дорогой и сложный способ получений топлива в промышленных объемах.

Отсутствие водородной инфраструктуры заправок автотранспорта.

Не разработаны стандарты транспортировки, хранения и применения топлива на водороде.

Статья в тему:  Lotus Elise S Cup на автосалоне в Женеве 2015

Несовершенство технологий хранения такого топлива.

Дорогие водородные элементы.

Большой вес транспорта. Работа электродвигателя на водородном топливе требуют водородные преобразователи тока и мощные аккумуляторные батареи, которые весят не мало, а также обладают внушительными габаритами.

Существует опасность возгорания и взрыва при работе водорода с традиционным топливом.

Ознакомившись с достоинствами и недостатками водородного топлива можно понять, почему до сих пор откладывается серийный выпуск водородных автомобилей. Однако из-за ухудшающейся экологии этот альтернативный источник энергии может оказаться единственным решением проблемы.

Производители транспорта на водородном топливе

Мировые производители все же проводят испытание в этой сфере и даже выпускают автотранспорт на водородном топливе:

Toyota — модель Toyota Highlander FCHV;

Ford Motor Company проводит испытания с концептом Focus FCV;

Honda со своей моделью Honda FCX;

Hyundai выпускает Tucson FCEV;

Daimler AG отвечает за модель Mercedes-Benz A-Class;

Перспективы развития

Все же водород является единственной приемлемой экологической энергией с огромным будущим. От ученых зависит только разработать инфраструктуру, обнаружить способ добычи водорода, наладить порядок в инструкциях по эксплуатации топлива, и тогда навсегда уже забыть о выхлопных газах, нефтяных вышках и других проблемах бензиновой зависимости.

Водород в автомобилях: Опасности и сложности использования

Плюсы и минусы использования водорода в качестве автомобильного топлива

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

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

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

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

Статья в тему:  Продажи автомобилей в России: за 4 месяца 2015 года

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

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

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

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

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

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

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

Четвертый значительный фактор говорящий за целесообразность использования вещества с формулой H2- это его колоссальная распространенность на планете. H2 (водород) можно получать даже из отходов и сточных вод.

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

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

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

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

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

Статья в тему:  Десять автомобилей для настоящих мужчин

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

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

В подавляющем большинстве случаев атомы водорода связаны с другими типами атомов в разнообразные молекулы, которые образуют после этого различные вещества. Вот например, H2O, более известная нам всем, как вода, или тот же СН4, также известный, как метан, оба эти элемента содержат в себе молекулы водорода.

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

На все эти действия потребуются очень большие затраты энергии, а значит и коллосальные материальные средства. К примеру, для извлечения H2 (водорода) из воды с помощью электролиза требуется большое количество электроэнергии, что на данный момент просто нерентабельно. По разным подсчетам стоимость 1 литра сжиженного водорода составляет примерно от $2 долларов и до 8 Евро, в зависимости от способа его добычи.

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

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

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

В плюсах мы уже отметили, что водородом можно заправлять автомобили с обычным двигателем внутреннего сгорания (в домашних условиях не повторять! ОПАСНО. ), но однако, этот обычный двигатель проработает на чистом водороде не долго. Он быстро сломается. При сгорании водородной смеси выделяется большее количество тепла, чем при сгорании того же бензина, а это может привести под высокими нагрузками к перегреву клапанов и поршней двигателя. Помимо этого ,под воздействием высоких температур H2 (водород) может влиять на саму смазку в двигателе и на материалы из которых сделан мотор, что непременно приведет к повышенному износу рабочих частей агрегата.

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

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

Статья в тему:  По улицам Финляндии ездил горящий автомобиль без водителя

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

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

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

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

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

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

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

А вот друзья еще одно летальное свойство водорода: -он может привести к удушью. H2 конечно не ядовит, но, если вы начнете дышать чистым водородом, то можете просто задохнуться и все потому, что будете просто-напросто лишены обычного кислорода. И хуже того, распознать, что концентрация водорода в воздухе очень высока просто невозможно, так как он совсем невидим и не имеет запаха, так же как и сам кислород.

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

Действительно ли водород на столько опасен?

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

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

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

Российские ученые исследовали безопасность водорода в автомобиле

Взрыв пропана в исследовательской камере

Статья в тему:  Топ-5 самых быстрорастущих автомобильных брендов

Снежана Шабанова/Центр компетенции НТИ при ИПХФ РАН

Исследователи из ФГУП «НАМИ», Московского государственного строительного университета и Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» при ИПХФ РАН задались целью оценить, насколько безопасен водородный автомобильный транспорт по сравнению с традиционными автомобилями с двигателями внутреннего сгорания на водороде. Статья с результатами изысканий опубликована в российском «Журнале прикладной химии». Новые эксперименты, которые провели сотрудники Института комплексной безопасности в строительстве НИУ МГСУ, подтверждают возможность сравнительно безопасного использования водорода на транспорте.

Одним из барьеров на пути развития водородного транспорта становится психологическое неприятие, основанное на страхе водорода как взрыво- и пожароопасного газа. Поэтому авторы в своем исследовании внимательно сравнили основные характеристики, определяющие процессы горения и потенциальную опасность водорода и используемых углеводородных топлив (жидких – бензина и дизеля, газообразных – природного газа и пропан-бутановой смеси) при их использовании на автомобиле.

Выводы, которые делают исследователи, таковы: при соблюдении технологических правил использования водорода (современные композитные баллоны высокого давления, не позволяющие взорваться с осколками, использование правильных материалов для водородной системы, которые не боятся водородного охрупчивания) водород – достаточно безопасный источник энергии для автомобиля.

«Мы хотели показать, что все виды топлива опасны по природе своей, поскольку содержат в себе энергию в химической форме, которая при неправильном использовании топлива может быть разрушительной. То или другое топливо может представлять бОльшую опасность в сравнении с другими в зависимости от условий. И мы показали, что с водородом можно также безопасно работать – использовать на автомобиле в качестве топлива, если учитывать его специфичные свойства и правильно с ним обращаться. Например, «правильные» композитные баллоны типа IV не дают поражающих осколков, как металлические», – говорит автор статьи, заведующий отделом каталитических систем ФГУП «НАМИ» Андрей Порсин.

«В основу обеспечения безопасности эксплуатации водородных автомобилей должны быть положены соответствующие стандарты и руководящие документы, базирующиеся на результатах научных исследований и конструкторских разработок. К ним можно отнести обеспечение пассивной безопасности не только для людей, но и для энергетического модуля в целом силовой установки, ее надежность и необходимый ресурс работоспособности в условиях эксплуатации, а также наличие средств ликвидации возможных аварийных ситуаций», – комментирует соавтор статьи, доктор технических наук Сергей Цариченко (МГСУ).

Авторы отмечают несколько свойств водорода, делающих его в определенных условиях более безопасным при использовании в автомобильном транспорте.

Во-первых, водород самый легкий газ, и в воздухе он поднимается вверх со средней скоростью в 20 метров в секунду.

Во-вторых, из-за своей текучести водород быстро и рассеивается, что не дает образовать взрывоопасную смесь с воздухом. Например, на открытом пространстве при разливе и возгорании бензина при пробитом бензобаке автомобиль сгорает за несколько минут, а при пробитом баллоне и возгорании струи водорода пожар самостоятельно затухает менее чем за две минуты.

В-третьих, в отличие от углеводородов, при горении водорода не образуется никаких токсичных веществ типа угарного газа – только вода.

В статье не рассматривался вопрос пожарной безопасности литий-ионных батарей, однако один из соавторов статьи отдельно прокомментировал этот вопрос.

«Водородный автомобиль и автомобиль на литий-ионных аккумуляторах объединяет наличие этих батарей. Учитывая то, что батареи на чисто электрических автомобилях должны иметь существенно больший объем, соответственно, их пожарная опасность пропорционально выше, чем водородных автомобилей. Естественно, присутствие водорода на борту автомобиля повышает потенциал опасности в случае развития пожара и нагрева баллона с водородом, однако при выполнении соответствующих мероприятий по безопасному дренированию водорода риск развития серьезных последствий, учитывая совокупность всех факторов окажется ниже», – говорит Цариченко.

Статья в тему:  Как Citroen создал необычный автомобиль, который первый в мире пересёк пустыню Сахара

Однако, что случится, если взрыв все же произошел?

Эксперименты, которые проведены дополнительно, показывают следующее: водород взрывается гораздо резче природного газа (справочные данные говорят, что скорость детонации гремучего газа – 2820 м/с, скорость детонации стехиометрической смеси метан/воздух – 1800 м/с), однако этот взрыв происходит гораздо «чище»: в случае взрыва метана, пропан-бутановой смеси и особенно паров бензина наблюдается вторичное горение непрореагировавших при взрыве веществ, что приводит, в отличие от взрыва водорода, к последующему пожару.

Водород в автомобилях: опасности и сложности использования

минусы и Плюсы применения водорода в качестве автомобильного горючего

Начало 21-го века, как и начало XX века, это время изменений. Снова перед населением Почвы замаячила технологическая революция и снова основное место в ней занимают машины.

Как и сто лет назад стремительными темпами начали развиваться другие виды транспорта, не связанные с привычными нам двигателями внутреннего сгорания. Все чаще возможно видеть на дорогах гибриды каковые приводятся в перемещение электродвигателем и ДВС, в развитых государствах входят в обиход электрокары и совсем сравнительно не так давно, каких-то 7-10 лет назад, ученные и инженеры пророчили громадное будущее машинам с ДВС, трудящимся на самом распространенном элементе во вселенной- водороде.

Все это человечество проходило в начале прошлого столетия. А потому, снова подтверждает актуальность распространенное изречение: «Все новое- это прекрасно забытое старое».

на данный момент Планета переживает новый кризис, нефтяной. Лишь связан он не с недостатком нефти, ставшего на 100 лет локомотивом развития человечества, а с перенасыщенностью данного вида товара на рынке.

Это, возможно и имеется тот первый сигнал, говорящий о том, что «нефтяной век» подходит к концу. Как говориться, каменный век закончился не вследствие того что закончились камни. Исходя из этого так принципиально важно развивать запасной замысел на случай в случае если

21 век, в автомобильном мире, будет веком распространения разработок будущего. Но не всем новым разработкам суждено победить в естественном отборе.

И без того, менее десяти лет назад единственной настоящей альтернативой ископаемым видам горючего был водород. Прошли годы, а никаких важных подвижек в этом направлении сделано не было.

Напротив, аутсайдер того времени- электрокар, из пешек перешел в дамки, с возникновением Tesla и разработкой ими весьма надежных и прогрессивных аккумуляторная батарей всем стало очевидным- электрические машины- это действительно и на долгое время.

Из-за чего так оказалось? Так как водородный ДВС был фактически совершенным методом приводить в перемещение автомобиль. Он не потребовал громадных вложений в разработку нового агрегата (водород может употребляться в качестве горючего в простом двигателе внутреннего сгорания).

Согласно данным статистики, при применения водородного горючего мощность мотора упадет до 82-65%, если сравнивать с простым бензиновым мотором. Но внеся маленькие трансформации в совокупность зажигания- мощность того же двигателя увеличится до 118%.

Статья в тему:  Объявления о продаже на автомобилях, которые придумали креативные водители

Первый плюс ДВС трудящегося на водороде- нужны минимальные трансформации в конструкцию чтобы мотор перевести на новый вид горючего

Экологичность для того чтобы вида горючего кроме этого не поддается сомнениям. Последняя серийная разработка японской автомобилестроительной корпорации Toyota доказала, что «выброс» водородного автомобиля возможно выпивать. Это показал один зарубежный автожурналист.

Сделав пара глотков воды из выхлопной трубы Toyota Mirai, он заявил, что на вкус вода в полной мере себе кроме того ничего, дистиллированная, без примесей.

Значит второй плюс- экологичность. Никакого загрязнения внешней среды вредными выбросами. Сведение к минимуму парниковых газов и спасение отечественной красивой Планеты.

Вот к чему может привести применение этого топлива.

Следующий фактор о водородных двигателях (его возможно косвенно вычислять таковым). Исторически так сложилось, что водородом заправляли пионеров среди ДВС.

Первый водородный двигатель был выстроен французским конструктором, Франсуа Исаак де Ривазом аж в 1806 году.

Не забудем и смелые времена истории нашей страны. В блокадном Ленинграде на водород было переведено более 500 машин.

И они без особенных неприятностей несли собственную непростую работу.

Получается, что водород для сжигания в ДВС применяют уже давно. Значит, и неприятностей в разработке современного автомобиля не должно быть.

Четвертый фактор говорящий за целесообразность применения вещества с формулой H2- его большая распространенность. H2 возможно приобретать кроме того из отходов и сточных вод.

Довольно часто видящиеся вещества дешево стоят. Значит и водородное горючее не должно быть дорогим.

Пятый фактор. Водород может употребляться не только в ДВС.

Технологии кроме этого разрешают его использовать в так именуемом топливном элементе.

Топливный элемент отделяет один электрон в атоме водорода от одного протона и применяет электроны для получения электрического тока. Это электричество способно питать двигатель в электрокаре.

В топливных элементах кроме этого не употребляется ископаемое горючее, они не загрязняют среду. И основное- они надёжны, водород не имеет возможности самопроизвольно испарится из них, казалось бы, совершенный преемник двигателя внутреннего сгорания в качестве источника энергии для машин 21-го века.

Применение водорода может происходить в разных силовых установках, делая его эластичным к формированию разработок. Разрабатываемые современные водородные машины по большей части применяют данную схему, как самая безопасную и продуктивную.

Много плюсов, неправда ли? И они весьма весомые. Но из-за чего тогда до сих пор мы не видим миллионы водородных самодвижущихся экипажей около нас?

На другими словами собственные обстоятельства, и они кроме этого крайне важны.

Смотрите кроме этого: Десять самых необычных источников энергии для автомобильных двигателей

Давайте разглядим кое-какие из них, а также важные опасности, каковые смогут быть связаны с водородной энергетикой.

Минус номер один. Да, водород самый популярный элемент во всей Вселенной, но на Земле в чистом виде газообразный водород отыскать фактически нереально.

Данный газ очень легок. Исходя из этого в чистом виде он скоро поднимается к верхним слоям воздуха и уходит дальше в безвоздушное пространство.

В подавляющем количестве случаев атомы водорода связаны с другими типами атомов в разнообразные молекулы, каковые образуют разные вещества. К примеру, H2O, более известная как вода либо СН4, он же метан, оба содержат молекулы водорода.

Смотрите кроме этого: Подлинные радиационные опасности в отечественной окружающей среде

Статья в тему:  Наиболее знаковые гоночные автомобили в истории в художественных картинах

Исходя из этого, перед тем как он бывает использован в качестве горючего, водород сперва должен быть извлечен из этих веществ, а после этого переведен в особенное состояние, в большинстве случаев, в сжиженный вид.

На все эти действия требуются большие затраты энергии, соответственно и средств. К примеру, для извлечения H2 из воды посредством электролиза требуется много электричества, что сейчас просто не рентабельно.

По различным подсчетам цена литра сжиженного водорода образовывает приблизительно от $2 до 8 Евро в зависимости от метода его добычи.

Следующим звеном в цепочке- идет отсутствие развитой сети водородных заправок. Цена оборудования для таких заправочных станций в разы выше, чем у простой АЗС.

Существует разные проекты для водородозаправляющих станций, от хороших АЗС, до частных минизаправок. При сегодняшнем развитии смежных разработок, все эти проекты очень дороги и довольно страшны.

Развитие сети водородных заправок дело будущих десятилетий. Как раз столько должно пройти времени, в то время, когда цена их постройки будет целесообразна.

Существуют ли опасности, которые связаны с наличием громадного количества чистого водорода в одном месте? Непременно да.

В то время, когда жидкий водород хранится в резервуарах, это безопасно, но стоит ему просочится в вохдух, как он преобразовывается в гремучую смесь (гремучий газ).

Водородный автомобиль BMW: Прототип

В плюсах мы подчернули, что водородом возможно заправлять машины с простым двигателем внутреннего сгорания (дома не повторять! Страшно. ), но простой двигатель проработает на чистом водороде не продолжительно.

Он скоро сломается. При сгорании водородной смеси выделяется больше тепла, чем при сгорании бензина, это может привести к перегреву поршней и клапанов при работе двигателя под высокими нагрузками.

Кроме этого под действием больших температур, H2 может оказывать влияние на материалы и смазки из которых сделан двигатель, что приведет к повышенному износу рабочих частей мотора.

Из этого неутешительный вывод, без весьма дорогостоящей модернизации ДВС, которая обязана приспособить мотор к работе на этом виде горючего, применение водорода не приведет к ожидаемому результату.

А до тех пор пока выстроенные объекты для заправки машин водородом скорее употребляются в качестве демонстрации возможностей и рекламного хода будущего.

Топливные ячейки. Эти надёжные элементы кроме этого не избежали ошибок и тернистого пути проб.

Как и с двигателями и заправочными станциями ДВС, все упирается в цена используемых разработок.

Приведем пример, в качестве катализатора в топливных элементах употребляется платина. Воображаете цена данной подробности?!

Кое-какие технологии так дороги, что несложнее жене приобрести платиновое кольцо с алмазом, чем заменить сломавшуюся деталь в водородном автомобиле.

Хорошая новость в этом дорогом деле содержится в том, что ученные непрерывно ищут замену драгоценному металлу. Разрабатываются новые разработки, тестирования проходят современные материалы.

В итоге топливные элементы будущего смогут снизить себестоимость в 1000 раз и более.

И наконец, возглавляет отечественный перечень минусов водородных разработок- смертельные опасности, которые связаны с жидким и газообразным водородом.

Возглавляет список неприятностей возгорания водорода. В присутствии окислителя – кислорода, водород может загореться, время от времени возгорание происходит в виде взрыва.

В соответствии с изучениям, для воспламенения водорода, достаточно одной 10-й части энергии, требуемой для воспламенения бензина. Несложнее говоря, хватает искры статического электричества чтобы гремучий газ вспыхнул.

Статья в тему:  Ожидаемая премьера Subaru Outback на автосалоне в Нью-Йорке 2015

Еще одна проблема заключается в том, что пламя водорода практически невидимо. При возгорании водорода пламя так тускло, что с ним не так- то .

Это весьма интересно: 5 «зеленых» разработок, в следствии которых мы не понимаем, из-за чего бензин до сих пор популярен

Еще одно летальное свойство водорода- он может привести к удушью. H2 не ядовит, но если вы станете дышать чистым водородом возможно задохнуться легко вследствие того что вы станете лишены кислорода.

Хуже того, нереально выявить, что концентрация водорода в воздухе высока, по причине того, что он невидим и не имеет запаха- равно как и кислород.

И наконец, как и любой сжиженный газ- водород имеет весьма низкую температуру. При утечке из бака и ярким контактом с открытыми участками тела человека он приведет к важному обморожению.

Вправду водород как страшен?

Возможно, по окончании прочтённого вы в шоке от того как страшен водород. И возможно ни при каких обстоятельствах не захотите приобрести себе водородный автомобиль.

В случае если в будущем покажется такая возможность.

В действительности не все так не хорошо. Потому, что газообразный водород очень легок, при утечке он скоро рассеется в воздухе.

Тогда и гремучей смеси не окажется, и опасность взрыва будет сведена к минимуму.

Что касается опасности удушья – такая неприятность возможно лишь в замкнутом пространстве, к примеру, в гараже. В случае если утечка водорода происходит на открытом воздухе, его концентрация будет маленькой и не страшной для жизни.

Водородный транспорт: технология будущего или полный провал?

На самом деле перевести автомобили, самолеты, корабли и локомотивы на водородное топливо – весьма привлекательная идея. Применение H2 не оставляет «углеродного следа». Легковой автомобиль Toyota Mirai, работающий на водородных топливных батареях, проезжая 100 км, производит около полуведра воды. И все! Никаких парниковых газов. Никаких токсичных выбросов. Разве это не прекрасная замена углеводородному топливу? Замена отличная, но проблема в том, что природа создала нам обширные месторождения нефти и газа, а вот месторождений водорода не существует. Самый легкий элемент таблицы Менделеева обильно наличествует в окружающем мире, но в виде соединений – в основном с углеродом и кислородом. Чтобы получить водород в свободном виде, требуется эти соединения разрушить, для чего необходимо затратить энергию, причем при нынешнем уровне развития технологий энергию намного бóльшую, чем мы сможем потом получить, утилизировав водород.

Излучение Солнца, приливы, ветер называют сегодня альтернативными источниками энергии, но водород в их ряду не стоит. H2 – это экологически чистое топливо, которое по сути является аккумулятором энергии, затраченной на его производство (за вычетом неизбежных потерь). Есть целый ряд ныне применяемых и перспективных технологий производства водорода, но основные подразделяются на два типа: оторвать водород от углерода и оторвать водород от кислорода.

Грязное чистое топливо?

Более половины водорода в мире производится методом паровой конверсии метана – это самый дешевый и доступный способ. В многоэтапном процессе с применением высоких температур и катализаторов молекулы метана разлагаются на водород и угарный газ (моноксид углерода). Поскольку в процессе используется ископаемое топливо, назвать полученный таким путем водород не дающим «углеродного следа» как-то не получается.

Статья в тему:  Самые известные автогонки в мире

Другой достаточно распространенный промышленный процесс – это электролиз, знакомый всем еще по школьным химическим опытам. Здесь уже нет ни нефти, ни газа, ни угля – на кислород и водород разлагается обычная вода при приложении к ней электрической энергии. Но откуда эта энергия? Если рядом с водородным производством чадит тепловая электростанция на мазуте, то и здесь с «углеродным следом» будет все не очень хорошо. Визионеры энергетики будущего говорят о водородных фабриках, питающихся электричеством исключительно от ветропарков, солнечных электростанций и других возобновляемых источников. В этом случае появится действительно безуглеродная цепочка выработки топлива, но это потребует колоссального прироста генерирующих мощностей в сфере «зеленой» энергетики.

О судьбе «Гинденбурга»

Для тотального перехода на водород потребуются не только энергоресурсы для его производства, но и развитая инфраструктура для его транспортировки и хранения – трубопроводы, железнодорожные цистерны, морские танкеры, резервуары, автозаправки. Одна из главных причин несколько настороженного отношения общества к водородной революции заключается в том, что водород очень летуч и взрывоопасен. Там, где будет храниться, транспортироваться или использоваться водород, необходимо наличие высокочувствительных газоанализаторов, которые просигналят о малейшей утечке. Правда, сторонники активного использования водорода утверждают, что опасность преувеличена. В отличие от тяжелых газов типа метана, утекший из баллона легкий водород мгновенно поднимается вверх и развеивается. В пример приводят историю катастрофы дирижабля «Гинденбург», в котором вспыхнувший водород горел всего 32 секунды, что позволило 62 из 97 пассажиров не сгинуть в огне и выжить. Но в любом случае присутствие на улицах большого количества транспортных средств, в которых под давлением находится взрывоопасный газ, потребует нового уровня безопасности движения.

Все эти факторы, ограничивающие широкое применение водорода, свидетельствуют в пользу того, что переход на новое топливо будет происходить не очень быстрыми темпами. Продажи пионерской Toyota Mirai на водородных топливных элементах, начавшиеся в 2015 году, приблизились лишь к рубежу 3000 штук – и это на огромном рынке, в который входят не только Япония, но и США, ЕС, ОАЭ. Очевидно, что водород как топливо будет еще долго соседствовать как с традиционными углеводородами, так и с литий-ионными аккумуляторами (в электромобилях). При этом опережающими темпами водородные технологии смогут развиваться в отдельных наиболее перспективных нишах, например в сфере электрических БПЛА. Дело в том, что КПД водородного топливного элемента очень высок, за счет того что энергия, выделяемая при соединении водорода с кислородом, утилизуется непосредственно в электричество, без значительных потерь в виде тепла, как это происходило бы при сжигании топлива в цикле Карно. Используя энергию топлива по максимуму, БПЛА с топливным элементом может оставаться в воздухе гораздо дольше, чем беспилотник с сопоставимой взлетной массой, но питающий двигатель от широко применяемых литий-ионных аккумуляторов.

Твердый водород?

В нашей стране лидерами в создании водородно-воздушных топливных элементов (ВВТЭ) для БПЛА и не только являются Институт проблем физической химии ИПФХ РАН и Центральный институт авиационного моторостроения ЦИАМ им. Баранова. ВВТЭ ИПФХ в апреле 2016 года обеспечил рекордный полет длительностью 3 часа 10 минут октокоптера-концепта НЕЛК-88 совместного производства компании НЕЛК и ИПФХ РАН.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов: