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

Прощание с бензином

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

Читайте на РБК Pro

В 2007 году BMW выпустила партию из ста автомобилей Hydrogen 7, способных работать как на бензине, так и на водороде, сопроводив это событие масштабной рекламной кампанией: за рулем таких авто появлялись голливудские звезды Брэд Питт, Анджелина Джоли, Ричард Гир, Шарон Стоун.

Однако сотней машин дело и ограничилось: их технические характеристики оставляли желать лучшего. Компания выбрала тупиковый путь: гибридная модель сжигала водород в камере сгорания, и газового баллона в 8 кг хватало всего на 200–250 км. А стоил автомобиль на уровне топовых моделей концерна.

Фото: Paul Sancya / AP

Другие компании извлекли из эксперимента BMW урок. Сейчас уже три фирмы серийно выпускают легковые автомобили на водородных топливных ячейках, использующих топливо более эффективно: в результате электрохимической реакции они вырабатывают энергию, которая подается на электрический двигатель.

Первой работающей по такой схеме была машина Hyundai ix35 Fuel Cell, поступившая в автосалоны в начале 2013 года. Годом позже в Японии стартовали продажи Toyota Mirai, а в 2015–2016 годах на японский и американский рынки вышла Honda Clarity. Еще полтора десятка компаний в последние годы объявили о скором выпуске или по крайней мере о начале разработки таких автомобилей. Совершенствование технологий позволило существенно удешевить производство: цена Hyundai ix35 Fuel Cell составляет около $53 тыс., Toyota Mirai — $57 тыс., Honda Clarity — $59 тыс.

Тем не менее цены кажутся высокими по сравнению с обычными машинами: так, Hyundai ix35 с обычным двигателем стоит от $10 тыс. до 35 тыс. Да и сам водород пока обходится дороже бензина. Но инновационные автомобили не только чище, но и потенциально выгоднее. Согласно подсчетам бывшего главного исследователя по вопросам альтернативной энергии Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) Стива Хенча использовать водород в качестве энергоносителя намного выгоднее, чем обычный бензин.

Энергоемкость одного галлона (4,54 л) бензина и 1 кг водорода, эквивалентного ему по объему, почти одинакова: 130 против 130–140 мДж. Галлон бензина в США стоит около $2,90, 1 кг водорода обойдется дороже — в $8,6. Однако если учесть, что термодинамическая эффективность бензина составляет 20–25%, а водорода — 60% и более, получится, что топливные ячейки в 2,5–3 раза эффективнее двигателя внутреннего сгорания. А значит, на том же объеме топлива водородные автомобили смогут проехать в 2,5–3 раза дольше.

Высокая энергия

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

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

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

Легок на помине

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

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

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

Илон Маск (Фото: Marcio Jose Sanchez / AP)

Другие критики отмечают, что водородные автомобили по умолчанию небезопасны.

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

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

Правда, теоретически его можно заменить электролизом воды, энергию для которого будут давать, например, солнечные батареи.

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

Нишевой элемент

И все-таки будет ошибочным считать водородную энергетику тупиковым направлением. «Например, она давно применяется в ракетостроении, но СМИ редко об этом пишут», — отмечает Шапошников.

Пока автомобили на топливных элементах делают первые шаги, их меньшие братья — автопогрузчики уже вовсю переходят на самый легкий газ. В июле Walmart приобрела 55 млн акций одного из пионеров водородной энергетики — компании Plug Power, объявив о планах оснастить 30 своих центров дистрибуции водородными автозаправками, где смогут заряжаться погрузчики компании (сейчас такими заправками оснащены 22 американских магазина Walmart). В апреле этого года Amazon.com купила более 50 млн акций Plug Power, параллельно начав оснащать водородными заправками свои склады.

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

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

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

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

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

Когда в России появятся водородные автомобили — Российская газета

На стыке 2020-2021 годов в мире начался водородный бум. Сейчас чуть ли не дурным тоном считаются возражения прогнозам, что через десяток-другой лет элемент N 1 заменит все виды углеводородного топлива в энергетике и на транспорте.

Наша страна не остается в стороне от водородного тренда. В ноябре прошлого года премьер Михаил Мишустин утвердил программу развития водородной энергетики в России до 2024 года. Далее последовали высказывания высшего истеблишмента о потенциале развития водородной энергетики в стране. Подытожил ряд программных выступлений Владимир Путин, поставив правительству задачу разработать к 2023 году автобус на водороде, а позже и локомотив. Так что повернуть назад не получится.

«Японская Toyota запустила массовые продажи своего водородного автомобиля Toyota Mirai еще в 2015 году. В Германии на регулярной основе курсирует пригородный поезд на водороде производства Alstom, ожидаются поставки еще 27 подвижных составов. В мире существует множество подобных проектов, — рассказал «РГ» гендиректор компании Drive Electro, доктор технических наук, профессор Института механики и энергетики имени В.П. Горячкина Сергей Иванов, — в то же время водородный транспорт пока не вышел на массовое производство. Даже в Японии, стране, где «дорожную карту» по переходу на водородную энергетику подписали еще в 2014 году, на всю страну всего 2,5 тысячи таких машин».

Почему же не происходит скачка в развитии водородного транспорта и когда стоит ждать массового использования водородных автомобилей в России? Разбираемся в этом вместе с экспертом.

Водородный транспорт — это тоже электромобиль, только более продвинутый, объясняет Сергей Иванов. Вместо аккумуляторных батарей электродвигатель питают топливные элементы. Такая техника надежна, неприхотлива, бесшумна, работает без вредных выбросов. Использование водорода особенно актуально для ТС, которые передвигаются на большие расстояния. Без дополнительной заправки можно проехать от 500 до 1000 километров. Плюсы использования водородного двигателя очевидны и в целом общеизвестны — его КПД намного выше, чем у двигателя внутреннего сгорания, а благодаря использованию электрической трансмиссии таком транспорту присуще накопление энергии при торможении.

2 миллиона тонн может составить экспорт водорода из России к 2035 году

Тем не менее причины, по которым правительство России задумалось о возможном переходе на водородный транспорт и водородную энергетику, лежат за пределами чисто технологических вопросов, уверен Сергей Иванов. В июле 2020 года была опубликована водородная стратегия ЕС, согласно которой страны-участники планируют полностью отказаться от автомобилей на ДВС к 2040 году. Помимо этого ЕС планирует значительно снизить долю использования традиционных энергоносителей. «А Россия очень зависима от цен на энергоносители ввиду специфики структуры своей экономики, — подчеркивает профессор. — Более того, углеводороды — наш главный экспортный продукт, а Европа — основной торговый партнер и потребитель энергоресурсов. Чтобы сохранить за собой статус экспортера и избежать трансграничных налогов при поставках продукции в Евросоюз, нашей стране придется следовать стандарту чистого производства».

Однако, несмотря на радужные перспективы новых технологий, здесь есть ряд серьезных проблем. Традиционные способы получения водорода из метанола энергозатратны и связаны с выбросами углекислого газа. Производство же «зеленого» водорода путем электролиза резко увеличивает его стоимость. Ограничением массового использования водорода являются также вопросы его хранения и транспортировки. И решение этих вопросов требует огромных финансовых и временных ресурсов.

Тем не менее экономические стимулы к переходу на водород есть уже сейчас и будут расти стремительно по мере дальнейшего развития технологий. «Водород нужен не только как моторное топливо и для генерации энергии, — рассказывает Сергей Иванов. — сейчас на 95 процентов он используется в нефтехиме. При этом Россия уже занимает хорошие позиции на рынке. Согласно Энергетической стратегии России до 2035 года экспорт водорода из нашей страны должен достигнуть 2 миллионов тонн. По прогнозу минэнерго, за 30 лет рынок водорода вырастет с сегодняшних 110 до 150-160 миллионов тонн. По разным прогнозам, объем рынка водорода в денежном эквиваленте может достигнуть 200 миллиардов долларов уже к 2023 году».

Все предпосылки для развития водородной энергетики в России есть. Это отдельно отметил зампред правительства Александр Новак: «В России есть развитые газовый и атомно-энергетический комплексы, которые могут помочь в производстве водорода. Например, водород можно производить методом электролиза или путем переработки газа (запасы которого в стране огромны). Поэтому Россия обладает серьезным потенциалом не только для развития, но даже мирового лидерства в водородной энергетике».

Растет и рынок электрического транспорта. По прогнозам Bloomberg New Energy Finance, к 2040 году ежегодные продажи электрокаров, в том числе тех, что используют водород, достигнут 35 процентов от общего числа продаваемых машин. А Россия имеет примеры эффективного запуска транспорта на электротяге. «Уже сейчас Москва является лидером по количеству электробусов в Европе. Технологии производства водородного транспорта в целом схожи. Следовательно, внедрить водородный транспорт и наладить его массовый выпуск будет возможно. Все это будет способствовать снижению стоимости самого водорода и одновременно повысит скорость окупаемости связанных с его производством и дистрибуцией инфраструктурных проектов. Именно поэтому кажущиеся малоэффективными с точки зрения экономической целесообразности решения имеют для России огромные перспективы», — резюмирует Сергей Иванов.

Так что похоже, что скачок развития водородного транспорта происходит прямо сейчас. К нему готовы как технологии, так и правительство. А это значит, что ждать водородный транспорт в России осталось недолго. К 2023 году первые автобусы на водородном топливе уже поедут по дорогам городов. Радует и то, что, по прогнозам Bloomberg New Energy Finance, уже к 2025 году стоимость автомобилей на водороде сравняется со средней ценой обычных автомобилей.

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

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

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

Приговор бензину уже подписан

Согласно последнему отчету BP

Statistical Review of World Energy 2018

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

оценивается в 2-3 доллара

(по альтернативным оценкам,

в 18 долларов

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

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

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

Сжигание водорода в ДВС

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

Двухтопливная BMW Hydrogen 7 в кузове E65 сжигает водород в ДВС вместо бензина
Источник: Sachi Gahan / Flickr

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

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

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

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

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

Топливные элементы в автомобилях

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

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

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

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

Toyota Mirai. Источник: Toyota

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

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

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

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

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

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

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

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

Каковы перспективы?

По

оценкам Bloomberg

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

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

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

Вода как топливо для автомобилей – это реальность!

Дорогие бензин и дизельное топливо не раз заставляли водителей мечтать о том, чтобы была вода как топливо – вот можно было бы ездить, не задумываясь ни о чем! Это сколько же можно сэкономить денег, ведь цены на бензин в нашей стране остаются стабильно высокими, даже притом, что стоимость нефти падает.

Однако если мечтают о фантастическом сценарии многие, то о том, что вода как топливо для автомобилей реально может использоваться, знают единицы. Или это неправда? Попробуем разобраться.

Тонкая грань между мошенничеством и гениальным изобретением

Отметим сразу, что данная разработка представляет собой лишь гипотетическое транспортное средство, которое способно получать энергию для работы двигателя только из воды. В реальности подобная машина пока еще не была представлена.

Но все эти гипотетические разработки – запатентованы, о них много писалось в профильных научных журналах. Казалось бы, фантастика может стать реальностью! Так почему же не становится и в итоге прочие ученые всегда клеймили изобретения, как мошеннические.

Водород, как горючее

Но изобретатели упорно настаивают на своем и утверждают, что энергию действительно реально получать непосредственно из воды. Суть устройство такого двигателя, работающего на воде, заключается в том, что он будет способен разделять воду на:

• кислород;
• водород.

А последний являет собой горючее, способное продуцировать невероятное количество энергии.

Но в тоже время, другие ученые утверждают, что смысла в таком разделении воды нет, потому что на этот процесс нужно затратить ровно столько энергии, сколько и получится в конечном итоге. Не говоря еще о вероятных тепловых потерях, которые обязательно возникнут во время сжигания водорода.

И тут уже выясняется, что получить тот объем энергии, который будет достаточен для полноценного поддержания работы двигателя автомобиля, будет невозможно!

Кстати, большинство изобретателей настаивают на том, что выделить из воды водород можно посредством обычного электролиза. Но они то ли забывают от эйфории, возникшей от «изобретения» нового типа двигателя, о том, что для электролиза понадобится еще больше энергии, чем получится добыть, то ли намеренно умалчивают об этом.

Так что пока водителям придется лишь мечтать о том, дабы заправлять свои любимые автомобили обычной водой, а все также ежедневно заезжать на привычные автозаправочные станции.

А себя не забывать на протяжении дня периодически «заправлять» чистой водой – ведь она крайне важна для полноценной деятельности человеческого организма. Для этого нужно использовать фильтры для воды!

Водород вместо нефти, газа и угля — новый тренд в Европе | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

В Европе явно назревает водородный бум. Во всяком случае, в разных странах к нему начинают активно готовиться. В последнее время в СМИ появляется все больше сообщений о пилотных проектах с водородом — и все чаще мелькает химическое обозначение этого газа: h3.

Кто претендует на титул «водородная держава №1»

Так, в Германии сооружается крупнейшая в мире установка по его производству методом электролиза и стартует эксперимент по частичному замещению водородом природного газа в отоплении жилья. Над этим же, над заменой метана на h3 в газопроводной сети, работают и в Великобритании. В Нидерландах и Бельгии собираются протестировать речное судно на водородном топливе и создать для него систему заправки. 

Себастьян Курц обещает превратить Австрию в мирового лидера в области водородных технологий

В Австрии три ведущих концерна готовят сразу несколько совместных пилотных проектов, в том числе по использованию водорода вместо угля при производстве стали, а бывший и, вероятно, будущий канцлер, консерватор Себастьян Курц в ходе избирательной кампании выдвигает лозунг превращения своей страны в «водородную державу №1». На эту же роль претендует и Франция. Да и Германия вполне сможет побороться за такой титул.  

Пригородные электрички на водороде: лидирует ФРГ 

Ведь два пока единственных в мире водородных поезда Coradia iLint эксплуатируются именно в Германии. Более того, они уже успешно отработали свои первые 100 тысяч километров. Это произошло в июле, спустя десять месяцев после начала регулярной перевозки пассажиров по стокилометровому маршруту между городами Бремерхафен, Куксхафен, Букстехуде и Бремерфёрде.  

До конца 2021 года на этой не электрифицированной железнодорожной линии на северо-западе страны в федеральной земле Нижняя Саксония собираются полностью отказаться от дизельных локомотивов, заменив их на 14 поездов, вырабатывающих электроэнергию в топливных элементах в ходе химической реакции между водородом и кислородом. Вместо выхлопов получается вода.

Пригородная водородная электричка Coradia iLint эксплуатируется в Германии с сентября 2018 года

Такие же водородные электрички решили использовать и в федеральной земле Гессен. В мае выпускающий их французский концерн Alstom получил заказ объемом в 500 млн евро на 27 поездов, которые с 2022 года планируется использовать для пригородного сообщения с горным массивом Таунус к северо-западу от Франкфурта-на-Майне.

В результате ФРГ станет бесспорным мировым лидером в области водородного железнодорожного транспорта. Тем более, что интерес к инновационным поездам Alstom проявляют и другие федеральные земли. С некоторыми из них, сообщил глава германского филиала концерна Йорг Никутта (Jörg Nikutta) агентству dpa, он ведет сейчас «активные переговоры».   

Эксперименты с водородом в газовой сети

Немцев и в целом европейцев водород привлекает, прежде всего, из экологических соображений. При использовании h3 в атмосферу не выделяется углекислый газ CO2, самый большой виновник в парниковом эффекте и глобальном потеплении, так что более широкое внедрение водородных технологий поможет странам ЕС выполнить обязательства, взятые на себя в рамках Парижского соглашения по климату (Германия, к примеру, их пока не выполняет).

Но есть и экономический интерес. Он связан с тем, что использование такого возобновляемого источника энергии, как водород, снижает потребность в ископаемых энергоносителях, чаще всего импортируемых (в том числе из России). Например, в нефти и нефтепродуктах, на которых работают, скажем, дизельные локомотивы в том же Таунусе на не электрифицированных маршрутах.   

Впрочем, немецкая компания Avacon, начинающая пилотный проект по примешиванию к природному газу до 20 процентов водорода, в своих заявлениях говорит исключительно о защите климата. Эксперимент призван доказать, что к используемому для отопления газу можно добавлять не до 10 процентов h3, как предписывают действующие нормы, а в два раза больше. В результате сократится выброс CO2, поскольку будет сжигаться меньше углеводородного топлива.

Масштабы эксперимента скромные: он проводится в одном из районов городка Гентхин в восточногерманской земле Саксония-Анхальт. Выбрали это место потому, что имеющаяся здесь газовая инфраструктура по своим техническим характеристикам наиболее типична для всей сети компании Avacon. «Поскольку зеленый газ будет играть все более важную роль, мы хотим переоснастить свою газораспределительную сеть так, чтобы она была приспособлена к приему как можно более высокой доли водорода», — поясняет стратегическую цель эксперимента член правления Avacon Штефан Тенге (Stephan Tenge).   

Power to Gas: возобновляемая энергия, электролиз, «зеленый водород«

Под «зеленым газом» он подразумевает «зеленый водород»: так принято называть тот h3, который образуется наряду с кислородом O2 при электролизе обычной воды. Процесс этот технически весьма простой, но очень энергоемкий. Однако если использовать для него излишки электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников — ветер и солнце, то получается безвредное для климата топливо, произведенное без выбросов в атмосферу CO2.

НПЗ Shell в Весселинге: здесь будет крупнейшая в мире установка P2G по производству водорода

Собственно, начавшееся уже несколько лет назад распространение в Европе этой технологии, получившей название Power to Gas (P2G), и лежит в основе растущего европейского интереса к водороду. Так, в конце июня британо-нидерландский концерн Shell при финансовой поддержке Евросоюза (ЕС предоставил 10 из 16 млн евро) начал в Германии на территории своего нефтеперерабатывающего завода в Весселинге под Кёльном строительство крупнейшей в мире установки по производству водорода методом электролиза. До сих пор его получают здесь из природного газа.

После ввода в эксплуатацию во второй половине 2020 года мощность установки, сообщает Shell, составит ежегодно 1300 тонн водорода, который будет использоваться главным образом в производственных процессах на самом НПЗ. Но часть пойдет на то, чтобы превратить территорию между Кёльном и Бонном в модельный регион по внедрению h3, в том числе как топлива для автобусов, грузовых и легковых автомобилей, возможно — для судов, ведь Рейн в непосредственной близости.      

Будет ли Великобритания отапливаться водородом?

Тем временем в третьем по размерам британском городе Лидсе энергетическая компания Northern Gas Networks готовит пилотный проект под многозначительным названием h31, который схож с тем, что проводится в немецком Гентхине, но значительно превосходит его по масштабам. Конечная цель: во всем городе полностью перевести отопление с природного газа, метана, на водород. Морские ветропарки для его производства методом электролиза имеются.

А соответствующие нагревающие воду бойлеры вот уже три года разрабатывает в английском городе Вустере филиал немецкой фирмы Bosch Termotechnik. Его глава Карл Арнцен (Carl Arntzen) рассказал газете Die Welt, что правительство Великобритании до самого последнего времени собиралось снижать значительные выбросы CO2 путем перевода отопительных систем по всей стране с газа на электричество, однако в этом году министерство экономики очень заинтересовалось водородной идеей.

Перед Northern Gas Networks и другими британскими газовыми компаниями это открывает перспективу перепрофилировать и тем самым сохранить имеющуюся газораспределительную систему, которая в случае электрификации отопления оказалась бы ненужной.

Водородные автомобили: высоки ли их шансы? 

Пока британское правительство только присматривается к водороду, лидер австрийских консерваторов Себастьян Курц идеей его широкого внедрения уже настолько увлекся, что сделал ее одним из своих предвыборных лозунгов. Его шансы выиграть в сентябре парламентские выборы и вновь возглавить правительство весьма высоки. И тогда, надо полагать, различные водородные проекты могут рассчитывать на активную поддержку Вены.

А конкретные проекты уже есть, поскольку три ведущие промышленные компании страны — энергетическая Verbund AG, нефтегазовая OMV и металлургическая Voestalpine — решили совместно форсировать внедрение в Австрии водородных технологий. Первый совместный проект стоимостью 18 млн евро (12 млн из них предоставил ЕС) будет реализован в Линце уже к концу 2019 года: там речь идет о замене угля на водород при производстве стали. А НПЗ Schwechat близ Вены планирует для собственных нужд наладить производство h3 методом электролиза — как Shell близ Кёльна.

Увлечение водородом обрело в Европе уже такие масштабы, что консалтинговая компания Boston Consulting Group (BCG) сочла нужным предупредить об опасности завышенных ожиданий и ошибочных инвестиций. Наилучшие перспективы «зеленый водород» имеет в промышленности, а также на грузовом, воздушном и водном транспорте, рассказал газете Handelsblatt Франк Клозе (Frank Klose), соавтор только что опубликованного исследования BCG.

А вот у легковых машин на водороде шансы на успех (пока, во всяком случае) представляются минимальными, хотя японская компания Toyota и собирается расширять их выпуск. На 1 января 2019 года в Германии, к примеру, было зарегистрировано всего-то 392 автомобиля, работающего на h3. У электромобилей, не говоря уже о гибридах, перспективы явно лучше. 

______________

Подписывайтесь на наши каналы о России, Германии и Европе в | Twitter | Facebook | YouTube | Telegram 

Смотрите также:

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Электростанция из аккумуляторов

  Как хранить в промышленных масштабах излишки электроэнергии, выработанной ветрогенераторами и солнечными панелями? Соединить как можно больше аккумуляторов! В Германии эту технологию с 2014 года отрабатывают в институте общества Фраунгофера в Магдебурге (фото). По соседству, в Шверине, тогда же заработала крупнейшая в Европе коммерческая аккумуляторная электростанция фирмы WEMAG мощностью 10 МВт.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Большие батареи на маленьком острове

  Крупнейшие аккумуляторные электростанции действуют в США и странах Азии. А на карибском острове Синт-Эстатиус (Нидерландские Антилы) с помощью этой технологии резко снизили завоз топлива для дизельных электрогенераторов. Днем местных жителей, их около 4 тысяч, электричеством с 2016 года снабжает солнечная электростанция, а вечером и ночью — ее аккумуляторы, установленные фирмой из ФРГ.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Главное — хорошие насосы

  Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — старейшая и хорошо отработанная технология хранения электроэнергии. Когда она в избытке, электронасосы перекачивают воду из нижнего водоема в верхний. Когда она нужна, вода сбрасывается вниз и приводит в действие гидрогенератор. Однако далеко не везде можно найти подходящий водоем и нужный перепад высот. В Хердеке в Рурской области условия подходящие.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Место хранения — норвежские фьорды

  Оптимальные природные условия для ГАЭС — в норвежских фьордах. Поэтому по такому кабелю с 2020 года подводная высоковольтная линия электропередачи NordLink длиной в 623 километра и мощностью в 1400 МВт будет перебрасывать излишки электроэнергии из ветропарков Северной Германии, где совершенно плоский рельеф, на скалистое побережье Норвегии. И там они будут храниться до востребования.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Электроэнергия превращается в газ

  Избытки электроэнергии можно хранить в виде газа. Методом электролиза из обычной воды выделяется водород, который с помощью СО2 превращается в метан. Его закачивают в газохранилища или на месте используют для заправки автомобилей. Идея технологии Power-to-Gas родилась в 2008 году в ФРГ, сейчас здесь около 30 опытно-промышленных установок. На снимке — пилотный проект в Рапперсвиле (Швейцария).

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Водород в сжиженном виде

  Идея Power-to-Gas дала толчок разработкам в разных направлениях. Зачем, к примеру, превращать в метан полученный благодаря электролизу водород? Он и сам по себе отличное топливо! Но как транспортировать этот быстро воспламеняющийся газ? Ученые университета Эрлангена-Нюрнберга и фирма Hydrogenious Technologies разработали технологию его безопасной перевозки в цистернах с органической жидкостью.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  В чем тут соль?

  Соль тут в тех круглых резервуарах, которые установлены посреди солнечной электростанции на краю Сахары близ города Уарзазат в Марокко. Хранящаяся в них расплавленная соль выступает в роли аккумуляторной системы. Днем ее нагревают, а ночью используют накопленное тепло для производства водяного пара, подаваемого в турбину для производства электричества.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Каверна в роли подземной батарейки

  На северо-западе Германии много каверн — пещер в соляных пластах. Одну из них энергетическая компания EWE и ученые университета Йены превратили в полигон для испытания технологии хранения электроэнергии в соляном растворе, обогащенном особыми полимерами, которые значительно повышают эффективность химических процессов. По сути дела, речь идет о попытке создать гигантскую подземную батарейку.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Крупнейший «кипятильник» Европы

  Человечество давно уже использует тепло для производства электроэнергии. Возобновляемая энергетика поставила задачу, наоборот, превращать электричество, в том числе и избыточное, в тепло (Power-to-Heat). Строительство в Берлине крупнейшего «кипятильника» Европы мощностью 120 МВт для отопления 30 тысяч домашних хозяйств компания Vattenfall намерена завершить к концу 2019 года.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Накопители энергии на четырех колесах

  Когда по дорогам мира будут бегать миллионы электромобилей с мощными аккумуляторными батареями, они превратятся в еще один крупный накопитель энергии из возобновляемых источников. Этому поспособствуют умные сети энергоснабжения (Smart grid): они будут стимулировать подзарядку по низким ценам в моменты избытка электричества. (На фото — заправка для электромобилей в Китае).

  Автор: Андрей Гурков

Пусть бензин отдохнет — Энергетика и промышленность России — № 10 (102) май 2008 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 10 (102) май 2008 года

Возможность отказа от нефтяного автомобильного топлива обсуждается уже много лет. Еще два-три десятилетия назад автомобильные компании рассматривали в качестве возможной перспективы использование электрических двигателей вместо двигателей внутреннего сгорания. Работы велись как за рубежом, так и в СССР. Но дальше опытных образцов дело так и не пошло.

Еще недавно единственным источником электрической энергии были аккумуляторы, которые устанавливались на электромобили в виде больших и тяжелых батарей. Получалось, что грузоподъемность электромобилей оказывалась заведомо ниже (в лучшем случае – раза в полтора меньше, чем у машины с двигателем внутреннего сгорания), а запаса хода было достаточно разве что для перевозки товаров со склада в близлежащие магазины. О дальних поездках даже речи не шло. Вдобавок, из‑за высоких затрат на электроэнергию, традиционные бензиновые машины оказывались намного выгоднее.

Развитие аккумуляторных электромобилей продолжается и сегодня. Например, в мелкосерийное производство была запущена спортивная машина Venturi Fetish. Отличаясь неплохими разгонными характеристиками, она, тем не менее, не слишком быстра – максимальная скорость ограничена 170 км / ч. Ионно-литиевые аккумуляторы обеспечивают запас хода до 350 км, но и весят при этом 350 кг. Стоит такая машина около 450 000 евро.

Топливные элементы как альтернатива

Очевидно, что аккумуляторы – это тупиковый путь. Такие электромобили постепенно уйдут в прошлое. Их сменят машины на топливных элементах, разработка которых всячески поощряется в США. В Европе и Японии топливные элементы тоже в центре внимания автопроизводителей, и даже наш «АвтоВАЗ» демонстрировал машины на топливных элементах на базе «десятки» и «Нивы».

Топливные элементы – это класс химических источников тока со множеством разновидностей. Наиболее перспективными считаются топливные элементы на основе протонообменных мембран. Такие мембраны служат в качестве электролита и проводят только протоны, не пропуская через себя электроны. По разные стороны от мембраны расположены анод, катод и катализатор, в качестве которого чаще всего используется платина. Водород подается в топливный элемент со стороны анода и, контактируя с катализатором, распадается на два протона и два электрона. Электроны не могут пройти через мембрану и поступают во внешнюю электрическую цепь.

Протоны же через мембрану уходят на катод, где вступают в реакцию с кислородом, образуя воду. Необходимые в реакции образования воды электроны поступают на катод из внешней цепи.

На первый взгляд, топливные элементы являются чуть ли не идеальным источником энергии. Их, в частности, отличают высокий (до 80%) КПД, отсутствие вредных выбросов (единственный отход – вода) и меньшая, чем у аккумуляторов, масса. Однако проблем при использовании топливных элементов тоже хватает.

Водородная «бомба»

Взять хотя бы использование в качестве топлива водорода. Этот газ чрезвычайно тяжело хранить и транспортировать. Как правило, для этого приходится использовать баллоны с давлением 350‑500 атмосфер (для сравнения: обычные российские гелиевые баллоны, из которых надувают воздушные шарики, имеют максимальное рабочее давление в 150 атмосфер). К тому же водород крайне взрывоопасен, отличается высокой текучестью и способен просачиваться сквозь самые небольшие неплотности. В этом отношении он намного хуже метана или пропан-бутановой смеси, которые также часто используются в качестве автомобильных топлив.

По сути, машина с водородным баллоном – это «бомба на колесах». И если взрывы бензиновых автомобилей встречаются чаще в боевиках, чем в реальной жизни, то с водородом все обстоит по‑другому. Чтобы предотвратить беду, системы питания водородных машин снабжают сложной запорной арматурой. Решить проблему высоких давлений в баллонах путем сжижения водорода нереально – машины придется комплектовать мощными криогенными установками, ведь при обычной температуре водород сжижить нельзя.

Есть и еще один выход. Можно заправлять машины с топливными элементами не водородом, а жидким топливом, подходящим для получения водорода: метанолом или даже обычным бензином. Однако и тут не все безоблачно: машину нужно комплектовать реактором для разложения жидкого топлива, а побочный продукт реакции – углекислый газ – вызывает парниковый эффект.

Наконец, не стоит забывать, что водород в промышленности получают из метана, а метан является исходным веществом для синтеза метанола, причем синтез этот является многостадийным. То есть водородное топливо очень дорого, да и сокращению выбросов в атмосферу оно никак не способствует: разве что виновником выбросов оказывается уже не автотранспорт, а заводы, где изготавливается топливо.

Альтернативный способ получения водорода – электролиз воды – требует огромных затрат электричества, что опять же дает в итоге увеличение вредных выбросов от электростанций.

Перспективным может оказаться получение водорода из биомассы, но такие процессы пока не покинули пределов исследовательских лабораторий.

Активно ведутся работы и над топливными элементами, работающими не на водороде, а на том же метаноле. При использовании метанола целый ряд проблем отпадает сразу, хотя за это приходится платить уменьшением КПД такого топливного элемента.

«Переходные» топлива

Впрочем, химические источники тока – не единственный способ питания электродвигателя. Существуют и другие варианты: солнечные батареи или миниатюрные ядерные реакторы. Первые пока остаются лишь экзотикой, а вторые – фантастикой, причем фантастикой опасной. Все говорит о том, что в ближайшее десятилетие электромобили массовым явлением не станут. В лучшем случае мы станем свидетелями своеобразного переходного периода. Об этом, в частности, свидетельствует постепенное распространение гибридных автомобилей, использующих и двигатель внутреннего сгорания, и электромотор.

Пионером здесь стала компания Toyota c машиной Prius; в скором будущем начнутся продажи в США «гибридов» Honda, готовят такие машины и американские производители. Основным достоинством гибридных машин является сокращение вредных выбросов, за которые приходится расплачиваться усложнением и утяжелением силового агрегата.

Однако списывать на свалку истории двигатель внутреннего сгорания тоже еще очень рано. Рост цен на нефть в последние месяцы заставил вновь заговорить об использовании в ДВС альтернативных горючих вместо бензина и дизельного топлива.

Вообще говоря, под альтернативными топливами порой подразумевают очень широкий перечень продуктов. В него, в частности, попадают сжиженные нефтяные газы (та самая пропан-бутановая смесь, которой «кормятся» такси и чуть ли не все «Газели») и сжатый природный газ – метан. Такое топливо прекрасно «чувствует себя» в современных двигателях и достаточно популярно.

Мотор -алкоголик

Однако интереснее будет поговорить о других, менее известных видах топлива. Самым популярным альтернативным топливом, безусловно, являются спирты и их смеси с углеводородами.

Без внесения модификаций в конструкцию двигателя вместо бензина можно использовать метанол или этанол – ничего нового в этом нет. Метанол давным-давно используется в спортивных автомобилях и мотоциклах, а на этаноле и его смесях с бензином (такое топливо называется газохол) ездят в Бразилии.

Впрочем, этанол для этих стран привлекателен по одной простой причине – они имеют возможность производить его в огромных количествах из растительного сырья.

Для стран, где, в отличие от Бразилии, сахарного тростника нет, этанол годится лишь как добавка к бензину. Причем в таких странах (в том числе и Россия) придется обходиться не дешевым тростниковым, но довольно дорогим синтетическим спиртом, который получают на базе нефтяного и газового сырья.

Метанол же очень ядовит. С другой стороны, если нефть, как сейчас, продолжит дорожать (не говоря уж о возможном исчерпании ее запасов), то метанол, получаемый на базе природного газа, может все‑таки стать привлекательным топливом.

Эфир – понятие техническое

Для дизельных двигателей нефтяное топливо – тоже не единственный вариант. В качестве альтернативы ему предлагаются продукты как растительного, так и синтетического происхождения. В первом случае можно использовать рапсовое масло, которым, по некоторым данным, можно хоть сейчас заправить любой современный дизельный двигатель (правда, потребуются некоторые регулировки – впрочем, не затрагивающие конструкции двигателя).

Другая альтернатива – диметиловый эфир, который уже окрестили дизельным топливом XXI века. Это газообразное при обычных условиях вещество, и для его применения двигатели придется несколько модифицировать. Использование диметилового эфира позволит повысить экологичность дизельного транспорта, устранив выбросы сернистых и других вредных соединений.

Наконец, топливом для ДВС может служить и водород, правда проблем с ним будет еще больше, чем при использовании в электромобилях. Очень высокая температура сгорания водорода неизбежно повлечет за собой повышение тепловой нагрузки на двигатель. И если моторы новейших BMW водородное топливо воспринимают «на ура», то у двигателя машины попроще запросто могут прогореть поршни и цилиндры.

Высокие температуры в двигателе могут свести на нет и безвредность выбросов от сгорания водорода. Дело в том, что при высоких температурах значительно активнее будет происходить окисление азота с образованием его оксидов, ядовитых самих по себе и вызывающих кислотные дожди.

Итак, что же в итоге? Пока ни электромобили, ни «гибриды», ни машины на альтернативных топливах не способны конкурировать с традиционными бензиновыми и дизельными автомобилями. И даже при высоких ценах на нефть использование нефтяного топлива оказывается выгоднее применения водорода или метанола. Хотя, разумеется, в будущем ситуация будет потихоньку меняться.

Наиболее многообещающим в качестве «иного топлива» пока что является все же метанол. Его можно применять как в двигателях внутреннего сгорания, так и в топливных элементах. Кроме того, перевести заправочные станции на метанол значительно проще, чем на водород. Да и вероятность взрыва тут значительно меньше.

Как продать воздух

В 2000 году многочисленные СМИ пророчили, что в начале 2002 года начнется массовое производство автомобилей, использующих воздух вместо топлива. Поводом для такого смелого заявления послужила презентация автомобиля под названием e. Volution на выставке «Auto Africa Expo-2000», которая состоялась в Йоханнесбурге. Изумленной общественности сообщили, что e. Volution может без дозаправки проехать около 200 километров, развивая при этом скорость до 130 км / час. Или же в течение 10 часов со средней скоростью 80 км / час. Было заявлено, что стоимость такой поездки обойдется владельцу e. Volution всего в 30 центов.

При этом весит машина всего 700 кг, а двигатель – 35 кг. Революционную новинку представила французская фирма MDI (Motor Development International), которая тут же объявила о намерении начать серийный выпуск автомобилей, оборудованных двигателем на сжатом воздухе. Изобретателем двигателя является французский инженер-моторостроитель Гай Негр, известный как разработчик пусковых устройств для болидов «Формулы 1» и авиационных двигателей. Гай Негр заявил, что ему удалось создать двигатель, работающий исключительно на сжатом воздухе без каких бы то ни было примесей традиционного топлива. Свое детище француз назвал Zero Pollution.

Девизом Zero Pollution стало «Простой, экономичный и чистый»: упор был сделан на его безопасность и безвредность двигателя для экологии. Принцип работы агрегата, по словам изобретателя, таков: «Воздух засасывается в малый цилиндр и сжимается поршнем до уровня давления в 20 баров. При этом воздух разогревается до 400 градусов. Затем горячий воздух выталкивается в сферическую камеру. То есть – «в камеру сгорания», хотя в ней уже ничего не сгорает, но под давлением подается холодный сжатый воздух из баллонов; он сразу же нагревается, расширяется, давление резко возрастает, поршень большого цилиндра возвращается и передает рабочее усилие на коленчатый вал. Можно даже сказать, что «воздушный» двигатель работает так же, как и обычный двигатель внутреннего сгорания, но только никакого сгорания тут нет.

Кроме того, было заявлено, что выбросы автомобиля не опаснее углекислого газа, выделяемого при дыхании человека, двигатель можно смазывать растительным маслом, а электрическая система состоит всего лишь из двух проводов.

Представители Zero Pollution заявили, что для заправки «воздухомобиля» достаточно наполнить воздушные резервуары, расположенных под днищем автомобиля, что занимает около четырех часов. Впрочем, в будущем планировалось построить «воздухозаправочные» станции, способные наполнить 300-литровые баллоны всего за 3 минуты.

Предполагалось, что продажи «воздухомобилей» начнутся в Южной Африке по цене около $10 тысяч. Также говорилось о строительстве пяти фабрик в Мексике и Испании и трех – в Австралии. Лицензию на производство автомобиля якобы уже получили больше дюжины стран, а южноафриканская компания вроде бы получила заказ на производство 3000 автомобилей вместо запланированной экспериментальной партии в 500 штук.

Однако после громких заявлений и всеобщего ликования что‑то произошло. Внезапно все стихло, и о воздухомобиле забыли.

Есть мнение, что экологичную разработку саботировали автомобильные гиганты. Эту версию отчасти подтверждает сайт «Deutsche Welle»: «Авторемонтные предприятия и нефтяные концерны единодушно считают автомобиль с воздушным двигателем «недоработанным».

Однако и независимые эксперты были настроены скорее скептически, тем более что ряд крупных автомобилестроительных концернов (например, «Фольксваген»)  уже в 1970‑80‑х годах вели исследования в этом направлении, но затем свернули ввиду их полной бесперспективности.

«Deutsche Welle» обращает внимание на то, что в различных публикациях «описание двигателя и принципиальная схема его работы грешат неточностями и ошибками, а, кроме того, версии на разных языках не только изрядно различаются, но порой и прямо противоречат друг другу. Чуть ли не в каждом издании приводятся свои, отличные от прочих, технические параметры».

Разброс цифр столь велик, что,невольно задаешься вопросом: неужели они относятся к одному и тому же автомобилю?

Еще одна странная закономерность состоит в том, что с каждой следующей публикацией параметры автомобиля улучшаются: то мощность подрастет, то цена упадет, то масса уменьшится, то емкость баллонов увеличится. Так что сомнения тут вполне уместны и оправданы.

Как из камня сделать пар

Однако есть и еще одна странная вещь – автором в результате поисков в сети Интернет было найдено много интересного на «воздушную» тему. Любопытно, что на состоявшейся в феврале 2001 года в Нюрнберге международной ярмарке игрушек канадская фирма Spin Master предложила покупателям модель самолета, оснащенную двигателем, работающим на сжатом воздухе. Мини-резервуар можно надувать любым насосом, и пропеллеры уносят оригинальную «игрушку» в небеса. Кроме того, в одном документе одна столичная компания предлагает чиновникам «ознакомиться с предложением автомобильной фирмы MDI (Франция) о производстве в Москве абсолютно экологически чистых и экономичных автомобилей». Встречается и предложение В. А. Конощенко, который сообщает об изобретенном им автомобиле, работающем на сжатом воздухе, прилагая описание устройства, а также изобретение Р. Шаймухаметова – «Садоход», который «приводится в движение от сжатого воздуха: под капотом агрегата находится небольшой двигатель и серийный компрессор. Воздух вращает автономно друг от друга два блока (слева и справа) эксцентрических роторов (поршней). Роторы в блоке через ходовые колеса соединены гусеничной цепью.

В итоге у автора сложилось двоякое впечатление: с одной стороны, не до конца понятна история с французским «воздухомобилем», а с другой – куда более четкое ощущение, что «воздушный» транспорт давно используется, и в особенности почему‑то в России. И притом с позапрошлого века. Есть данные о том, что спроектированная самоучкой И. Ф. Александровским 33-метровая подводная лодка с двигателем, работающим на сжатом воздухе, летом 1865 года была спущена на воду, успешно прошла ряд испытаний и только после этого затонула.

Газ как соперник

Газ, как известно, агрегатное состояние вещества, в котором оно равномерно заполняет весь предоставленный ему объем.

В тридцатые годы прошлого века англичанин Барнетт получил патент на газовый двигатель, а в 1860 году француз Э. Ленуар построил мотор, работающий на смеси воздуха и газа. Такой выбор горючего никого не удивил – бензина еще не было. Бензин в качестве горючего был использован спустя два десятилетия, когда Г. Даймлер создал бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Бензиновый мотор заменил лошадь в первых «самодвижущихся колясках» – автомобилях.

Повсеместный рост количества автомобилей потребовал значительного увеличения объемов производства бензина. О газе как о возможном моторном топливе надолго забыли. Лишь через 100 лет после Барнетта, в конце тридцатых годов прошлого столетия, возродилась мысль о его использовании. Тогда появились первые газогенераторные автомобили. Газ вырабатывался в топке, а оттуда подавался в двигатель.

Сейчас бензин дорожает, и его пытаются заменить. И природным газом, и синтезированными газами и жидкостями (например – спиртом, который гонят из самого разного сырья: от тростника до апельсиновых корок). Все эти виды топлива менее опасны для окружающей среды, чем бензин.

Исследования опровергли устоявшееся мнение, что использование газа вместо бензина – вынужденная мера. Газовое топливо сгорает полнее, поэтому концентрация окиси углерода в выхлопе газового двигателя в несколько раз меньше.

Автомобиль на бензине выбрасывает в атмосферу сернистый газ, который образуется от сгорания сернистых компонентов топлива, и тетраэтилсвинец. В природном газе серы, как правило, нет, а поэтому в выхлопах газового двигателя нет ни сернистого газа, ни соединений свинца. В отработанных газах бензинового двигателя из‑за неполного сгорания топлива содержится и окись углерода (СО) – токсичное для человека вещество. И газовые, и бензиновые автомобили выбрасывают в атмосферу одинаковое количество углеводородов. Для здоровья человека опасны не сами углеводороды, а продукты их окисления.

Двигатель, работающий на бензине, выбрасывает сравнительно легко окисляющиеся вещества – этил и этилен, а газовый двигатель – метан, который из всех предельных углеводородов наиболее устойчив к окислению. Поэтому углеводородный выброс газового автомобиля менее опасен. Газ как моторное топливо не только не уступает бензину, но и превосходит его по своим свойствам.

Двигатель внутреннего сгорания автомобиля работает по классическому четырехтактному циклу. Газообразная смесь воздуха и топлива всасывается в цилиндр двигателя, сжимается поршнем, воспламеняется искрой, давит на поршень и двигает шатунный механизм, а затем выбрасывается из цилиндра. Чем сильнее можно сжать топливо без возникновения детонации, тем больше мощность двигателя. Антидетонационную способность топлива определяют октановым числом. Чем оно выше, тем лучше топливо. Среднее октановое число природного газа (105) недостижимо для любых марок бензина.

Двигатель внутреннего сгорания работает на смеси воздуха и распыленного топлива. Для воспламенения смеси нужна определенная концентрация топлива. Газ по сравнению с бензином горит при меньших концентрациях, то есть при более «бедных» смесях. В случае повышения концентрации газа и обогащения смеси можно добиться увеличения мощности двигателя. Обедняя смесь, напротив, можно понизить мощность.

Возникает возможность изменением состава смеси регулировать мощность двигателя: газ как топливо значительно «послушнее» бензина. Эксплуатация показала, что автомобили на газе более выносливы – в полтора-два раза дольше работают без ремонта. При сгорании газа образуется меньше твердых частиц и золы, вызывающих повышенный износ цилиндров и поршней двигателя. Кроме того, масляная пленка дольше держится на металлических поверхностях – ее не смывает жидкое топливо, и, наконец, газ практически не вызывает коррозии металла. Несмотря на многочисленные достоинства природного газа, закрывать заправочные станции и выбрасывать бензиновые канистры еще рано.

Что будет с мотором, если случайно залить в бензобак воду

+ A —

Душ для двигателя

По Интернету «гуляет» масса страшилок о воде в топливном баке и способах ее удаления оттуда. Однако далеко не всегда стоит сразу же паниковать и расстраиваться, обнаружив влагу в бензине или дизтопливе.

Если вбить в поисковик фразу «вода в бензобаке», поиск немедленно выдаст сотни тысяч ссылок на рецепты ее удаления оттуда. Но так ли смертельно опасна для транспортного средства эта жидкость в топливе? Если верить страшилкам из Сети, вода из бензобака, во-первых, может попасть в бензонасос и вызвать его выход из строя. Во-вторых, она способна запустить коррозию внутренних поверхностей бензобака. Ну и в-третьих, если влага доберется по топливопроводу до мотора, тогда бабах — и конец двигателю.

Прежде всего, давайте согласимся, что на практике в топливный бак может попасть лишь небольшое количество воды. Конечно, особо талантливый гражданин, чисто теоретически, в состоянии и садовый шланг в горловину пристроить. Но в данном материале мы медицинские диагнозы не рассматриваем. Вода тяжелее бензина или дизтоплива, а потому сразу же опускается на дно емкости, вытесняя горючее вверх. Бензонасос же, как известно, устанавливается в баке чуть выше дна — чтобы не всасывал всякую грязь, скапливающуюся внизу. Поэтому «хлебнуть водички» ему вряд ли будет суждено, даже если несколько ее литров случайно попадут в горловину. Но коли это и произойдет, то он засосет не чистую Н2О, а ее смесь с бензином, что не так уж и страшно.

Во многих современных машинах баки давно уже делают не из металла, а из пластика — ему ржавчина, как известно, не грозит по определению. Теперь коснемся самого интересного: что будет с мотором, если бензонасос все же начнет понемногу черпать воду со дна и погонит ее в смеси с топливом к камере сгорания? Да ничего особенного не случится.

Водица будет попадать в цилиндры не ручьем, а в распыленном виде, как и бензин. То есть никакого гидроудара и поломанных деталей цилиндропоршневой группы не последует. Такое происходит, только если машина «хлебнет» литры воды через воздухозаборник. А распыленная форсунками впрыска она в раскаленной камере сгорания мгновенно превратится в пар. Это только на пользу мотору пойдет — при испарении воды стенки цилиндра и поршень получат дополнительное охлаждение.

О безвредности воды в моторе говорит и тот факт, что автопроизводители периодически создают двигатели, «работающие на воде», доля которой в бензине при этом доходит порой до 13%! Правда, практическое применение воды в топливе зафиксировано пока только на спортивных болидах, до массового автостроения идея все никак не дойдет. Несмотря даже на то, что на единичных моделях в пиковых режимах работы движка добавка водички в бензин и экономить горючее позволяла, и мощность мотора изрядно повышала. Иначе говоря, небольшое количество воды в топливе может быть даже полезным.

Опубликован в газете «Московский комсомолец» №27758 от 16 августа 2018

Заголовок в газете: Душ для мотора

Вся правда о автомобилях с водным приводом: дневник механика

От стартапа, ловящего заголовки до планов, публикующих планы домашних мастеров, в последнее время в Интернете появились автомобили с водным двигателем, не говоря уже о том, что они забили мой почтовый ящик.

Да, вы можете управлять своей машиной по воде. Все, что требуется для создания «водогрейного гибрида», — это установка простой, часто самодельной электролизной ячейки под капотом вашего автомобиля. Ключ состоит в том, чтобы взять электричество из электрической системы автомобиля для электролиза воды в газообразную смесь водорода и кислорода, которую часто называют газом Брауна или HHO, или оксигидрогеном.Обычно смесь находится в соотношении 2: 1 атомов водорода к атомам кислорода. Затем он немедленно подается во впускной коллектор, чтобы заменить часть дорогостоящего бензина, за который вы платили через нос последние пару месяцев. Эти простые «комплекты» повысят экономию топлива и уменьшат ваши счета и зависимость от иностранной нефти на 15–300 процентов.

Есть даже японская компания Genepax, демонстрирующая прототип, работающий только на воде.13 июня агентство Reuters опубликовало отчет о прототипе вместе с широко обсуждаемым в блогах видео, в котором даже показан безобидный серый ящик в багажнике автомобиля Genepax, обеспечивающий всю мощность для управления автомобилем. Все, что вам нужно сделать, это добавить изредка бутылку Evian (или чая, или любой другой жидкости на водной основе), а затем ездить без бензина.

Так что я обо всем этом думаю? Почему я не тестировал и не писал об этом? Это обязательно изменит мир, каким мы его знаем… Правильно?

Мусор.

Единственное реальное окончательное заявление Genepax на своем веб-сайте заключается в том, что его процесс спасет мир от глобального потепления. (Запрос на комментарий не был возвращен во время пресс-релиза.) Их водно-энергетическая система (WES), похоже, представляет собой не что иное, как топливный элемент, преобразующий водород и кислород обратно в электричество, которое используется для работы двигателя, приводящего в движение колеса. . Технология топливных элементов хорошо изучена и довольно эффективна для преобразования водорода и кислорода в электричество и воду, и именно здесь мы пришли, верно? За исключением того, что водород изначально был получен из воды — здесь что-то не получается.

Вот в чем дело, народ: бесплатного обеда не бывает.

В воде есть энергия. Химически он заключен в атомных связях между атомами водорода и кислорода. Когда водород и кислород объединяются, будь то топливный элемент, двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, или пикап с электролизером в кузове, остается энергия в виде тепла или электронов. Поршни и коленчатый вал или электродвигатели преобразуют ее в механическую энергию для движения автомобиля.

Проблема: для разделения этих атомов водорода и кислорода внутри электролизной ячейки требуется ровно столько же энергии, сколько вы получаете, когда они рекомбинируют внутри топливного элемента. Законы термодинамики не изменились, несмотря на всю шумиху, которую вы читаете в каком-нибудь блоге или агрегаторе новостей. Вычтите потери на тепло в двигателе, генераторе и электролизере, и вы потеряете энергию, а не получите ее — и точка.

Но хватит о Genepax, который имеет отношение к моему основному тезису, и перейдем к более распространенной теме в моей почте: HHO как средство увеличения экономии топлива обычных двигателей внутреннего сгорания.

энтузиастов HHO — от гипермилеров до рядовых Джо, отчаянно пытающихся сэкономить на насосе — предполагают, что водород изменяет способ горения бензина в камере сгорания, заставляя его гореть более эффективно или быстрее. Хорошо, была пара технических работ, которые предполагают, что следы водорода могут изменить характеристики сгорания в двигателях с ультра-обедненным горением со стратифицированным зарядом. Правильно управляемое обогащение H ₂ , кажется, увеличивает скорость сжигания углеводородов в цилиндре, извлекая больше энергии.Однако эти исследования предполагают увеличение экономии топлива только на несколько процентных пунктов и неприменимы, если двигатель не работает слишком бедно для приличных выбросов. Это далеко от возмутительных заявлений о 300-процентном улучшении экономики, которые я вижу в Интернете и в моем почтовом ящике.

Нет оснований полагать, что даже более скромное увеличение, о котором говорится в некоторых рекламных объявлениях, может быть достигнуто с помощью обычного автомобильного двигателя с компьютерным управлением, работающего в режиме замкнутого цикла, то есть способности компьютера измерять выход кислорода из выхлоп двигателя в режиме реального времени и изменение соотношения топливо / воздух для больших миль на галлон и малых выбросов.События в камере сгорания сильно различаются в типах двигателей со сверхбедным сжиганием, где, как было замечено, помогает обогащение водородом. Ультра-обедненный означает, что вокруг есть много лишнего кислорода, с которым водород может что-то реагировать — намного больше, чем очень скромное количество, которое мы всасываем из типичного доморощенного генератора водорода, сделанного из сосуда Мейсона. И помните, что эти исследования касаются обогащения водородом в строго контролируемых лабораторных условиях, а не распыления неконтролируемого количества водородно-кислородной смеси в ваш воздухоочиститель.

Строю вагон-электролизер — прямо сейчас. Узел электролизной ячейки находится на моем рабочем месте и готов к установке, так что следите за результатами испытаний в ближайшее время. Если это сработает, то можете поверить в шумиху.

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

Могут ли автомобили использовать воду в качестве топлива?

Уважаемый EarthTalk! Я слышал, что автомобили можно модифицировать для работы на воде. Как это возможно?
— Дайан МакМоррис, Рокпорт, ME

Существует ряд онлайн-маркетинговых предложений комплектов, которые превратят вашу машину в «работающую по воде», но к ним следует относиться скептически. Эти комплекты, которые прикрепляются к двигателю автомобиля, используют электролиз для разделения воды (h3O) на составляющие молекулы — водород и кислород — и затем вводят полученный водород в процесс сгорания двигателя, чтобы привести автомобиль в действие вместе с бензином. По их словам, в результате бензин сгорает более полно и чище, что делает двигатель более эффективным.

Но эксперты говорят, что уравнение энергии для этого типа систем на самом деле совсем неэффективно. Во-первых, в процессе электролиза для работы используется энергия, такая как домашнее электричество или бортовой аккумулятор автомобиля. Таким образом, по законам природы система использует больше энергии для производства водорода, чем может дать сам образующийся водород, по словам доктора Фабио Кьяры, ученого-исследователя в области альтернативного горения в Центре автомобильных исследований Университета штата Огайо.

Более того, по словам Кьяры, количество парниковых газов, производимых автомобилем, «будет намного больше, потому что задействованы два процесса сгорания [бензин и водород].«Наконец, есть соображения безопасности для потребителей, которые устанавливают эти устройства в свои автомобили. «H3 — легковоспламеняющийся и взрывоопасный газ», — говорит он, и для его установки и использования потребуется особая осторожность.

Процесс электролиза мог бы быть жизнеспособным для экономии энергии, если бы для его питания можно было использовать возобновляемые, экологически чистые источники энергии, такие как солнечная или ветровая, хотя захват достаточного количества этого источника энергии на борту автомобиля было бы еще одним препятствием.

Сегодня исследователи уделяют больше внимания использованию водорода для питания топливных элементов, которые могут заменить двигатели внутреннего сгорания для двигателей автомобилей и выбрасывать только воду из выхлопной трубы.И хотя водород горюч и может приводить в действие двигатель внутреннего сгорания, использование водорода таким образом приведет к потере его лучшего потенциала: для питания топливных элементов.

Автомобили на водородных топливных элементах набирают обороты, но коммерциализация водородного топлива еще не завершена. «Потенциальные преимущества топливных элементов значительны», — говорят исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США. «Однако, прежде чем системы топливных элементов станут конкурентоспособной альтернативой для потребителей, необходимо преодолеть множество проблем.”

В штате Калифорния действует программа «Водородное шоссе», которая поддерживает развитие технологий и инфраструктуры водородных топливных элементов. И многие компании работают над способами производства, хранения и распределения водорода. Автомобили, работающие на топливных элементах, сейчас находятся на стадии опытных образцов, близятся к производству.

Пока мы все ждем, чтобы увидеть, как это изменится, лучшим выбором сегодня для большого пробега и низкого уровня выбросов по-прежнему остается бензиновый / электрический гибридный автомобиль.

КОНТАКТЫ : Центр автомобильных исследований, http: // car.eng.ohio-state.edu; NREL, www.nrel.gov; Калифорнийское водородное шоссе, www.hydrogenhighway.ca.gov.

ОТПРАВИТЕ ВОПРОСЫ ПО ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ НА: EarthTalk , P.O. Box 5098, Westport, CT 06881; [email protected]. Прочтите предыдущие колонки по адресу: www.emagazine.com/earthtalk/archives.php. EarthTalk теперь книга! Подробная информация и информация для заказа: www.emagazine.com/earthtalkbook.

Почему у нас еще нет автомобилей с водным приводом?

Вода не может гореть, поэтому единственный способ получить энергию из воды — расщепить воду на водород и кислород.Проблема в том, что количество энергии, необходимое для разделения воды на составные элементы, больше, чем то, что вы получаете обратно, когда они рекомбинируют внутри топливного элемента.

Автомобили, работающие по воде, — давняя мечта каждого потребителя и защитника окружающей среды. Когда цены на нефть растут, газеты, журналы и другие публикации в СМИ начинают публиковать истории о том, как компания XYZ или изобретатель ABC строят автомобиль будущего, работающий на воде.Эти утверждения, как правило, вводят в заблуждение и часто выдумывают для того, чтобы собрать крупные инвестиции от ничего не подозревающих инвесторов, продав им мечту — воду в качестве топлива для революции в автомобильной промышленности!

Вопрос в том … действительно ли у нас есть реальная технология, которая позволяет использовать воду в качестве топлива для питания наших автомобилей и других автомобилей? Несмотря на заявления на протяжении десятилетий о так называемых автомобилях на водном топливе , почему ни один из них не появился на потребительском рынке? Давайте разберемся.

Химия воды, играющая во все тяжкие

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и атома кислорода, связанных ковалентной связью (общий электрон), которая довольно сильна. Энергия воды химически заключена в этих прочных атомных связях.

Ковалентная связь воды, образованная разделением электронов (Фото: Benjah-bmm27 / Wikimedia Commons)

Теперь вода сама по себе не горючая. Единственный способ извлечь энергию из воды и использовать ее в качестве топлива — разделить молекулы воды на составные элементы.Разделив воду, можно разделить водород и кислород. Газообразный водород является источником энергии и горючим.

Следовательно, этот газообразный водород можно затем использовать в качестве топлива, но не воду напрямую.

Теоретически существует метод разделения воды на составные элементы с помощью химического процесса, называемого электролизом, который вы, вероятно, изучали на уроках химии. На самом базовом уровне электролиз — это метод, с помощью которого вода может быть разделена на водород и кислород путем пропускания электрического тока через раствор.

Демонстрация электролиза воды (Фото предоставлено haryigit / Shutterstock)

Проблема с электролизом

Однако есть небольшая проблема — вода сама по себе плохо проводит электричество. Поэтому необходимо добавлять в воду электролиты, такие как литий или натрий, чтобы электролиз работал. Электролиты, благодаря своей ионной структуре, способствуют прохождению электрической энергии через воду.

Теперь, даже если вы добавите электролит, есть еще одна проблема, связанная с расщеплением воды, и эта проблема является серьезной.Поскольку вода — довольно стабильная молекула, энергия, необходимая для расщепления молекулы, больше, чем энергия, которая была бы получена при сжигании водорода. Также помните, что во время преобразования воды в составные элементы часть энергии рассеивается в виде тепла.

Таким образом, извлечь из воды больше химической энергии, чем энергия, затрачиваемая на процесс электролиза, невозможно. Основные правила термодинамики запрещают нам создавать любую новой энергии из воды, не затрачивая больше энергии в какой-либо другой форме.

А про водные машины я слышал!

Что ж, с научной точки зрения невозможно создать автомобиль, полностью работающий на водном топливе, без нарушения устоявшихся законов термодинамики, если только кто-то не захочет расходовать больше энергии, чтобы получать меньше энергии.

Шарлатаны много раз заявляли о разработке автомобилей на водном топливе, но их утверждения никогда не были проверены / одобрены властями и экспертами.

Водная машина Чарльза Гаретта

Вероятно, первым, кто сделал это заявление, был изобретатель по имени Чарльз Гаретт.Согласно сообщению Dallas Morning News, Гаретт якобы продемонстрировал автомобиль с водным двигателем 8 сентября 1935 года. Однако, изучив патент, который Чарльз подал на эту конструкцию, наиболее вероятно, что он использовал электролиз для питания автомобиля из молекул водорода, генерируемых вне реакции. По его патенту не удалось найти новых источников энергии.

Водяная машина Стэна Мейера

В конце 70-х годов одно из самых известных заявлений о водном автомобиле было сделано Стэнли Мейером во время пика нефтяного кризиса.Он утверждал, что построил багги для дюн, в которых в качестве топлива использовалась вода. Однако, когда его спросили, как он это сделал, его ответы были противоречивыми. В некоторых случаях он утверждал, что поменял свечи зажигания на водоразделитель для использования воды в качестве топлива. В некоторых других случаях он утверждал, что использовал топливные элементы для разделения водорода и кислорода, что является еще одним неэффективным способом использования электролиза. Его утверждения никогда не были подтверждены какой-либо известной автомобильной ассоциацией. Фактически, в середине 90-х на Мейера подали в суд инвесторы, которым он продал дилерские центры своей так называемой «технологии водяных топливных элементов».Суд Огайо признал его виновным в вопиющем мошенничестве.

Genesis World Energy

На рубеже тысячелетий компания Genesis World Energy объявила, что они разрабатывают устройство, которое будет использовать энергию воды, разделяя атомы водорода и кислорода и затем рекомбинируя их. В 2003 году компания заявила, что ее технология готова и скоро будет использована в автомобилях. Под видом этих претензий на высокий фалутин компании удалось собрать 2. 5 миллионов долларов от инвесторов на операции. Позже инвесторы поняли, что ни одно из их устройств не использовалось ни в одном автомобиле… их обманывали! Патрик Келли, владелец Genesis World Energy, был признан виновным в мошенничестве и приговорен к пяти годам лишения свободы.

Genepax

Еще один обман, связанный с автомобилями с водным приводом в последнее время, был осуществлен японской компанией Genepax, которая якобы представила автомобиль, работающий исключительно на воде и воздухе! Эта компания, как и предыдущие заявители разработчиков автомобилей, работающих на водном топливе, отказалась пролить свет на то, как они достигли этого невероятного подвига.Они только сообщили, что использовали генератор энергии, называемый «мембранным электродом», для извлечения энергии из водорода путем разделения воды на водород и кислород. Popular Mechanics , известный научный журнал, опроверг эти утверждения Genepax и назвал их вздором. Интересно, что после опровержения Popular Mechanics компания закрыла свой сайт!

Конечно, когда компания или частное лицо заявляют, что они разработали технологию, которая может приводить в действие автомобили исключительно на воде, это, безусловно, заманчиво, но когда дело доходит до науки, существует фундаментальное ограничение самой этой идеи. Проще говоря… энергия не может быть ни создана, ни уничтожена (ее можно только преобразовать из одной формы в другую) . Вода не может гореть, поэтому единственный способ получить полезную энергию — расщепить воду на водород и кислород.

Статьи по теме

Статьи по теме

Как уже неоднократно упоминалось, проблема заключается в том, что количество энергии, затрачиваемой на разделение воды на составные элементы, больше, чем энергия, которую вы получаете обратно, когда они рекомбинируют внутри топливного элемента.Законы термодинамики остаются нетронутыми, и их нельзя изменить, не говоря уже о нарушении. Таким образом, настоящий автомобиль с водным приводом остается неуловимым, но кто знает, что нас ждет в будущем!

Вода — не топливо

Милан, Италия — 28 мая 2018: Гибридный автобус Mercedes-Benz Citaro FuelCell на улице. Этот автомобиль… [+] — один из первых в мире водородных автобусов на топливных элементах. Эта модель оснащена топливным элементом, который вырабатывает электричество в результате химической реакции между водородом и кислородом, чтобы привести в действие двигатель, приводящий в движение транспортное средство. В будущем водород заменит бензин в качестве топлива. Фотография: Getty

Гетти

Каждую неделю я получаю пресс-релизы о «революционных технологиях» в энергетическом пространстве. Количество этих технологий, которые в конечном итоге меняют правила игры, довольно близко к нулю, но я не сразу игнорирую такие заявления, если только они явно не нарушают законы науки.

Тем не менее, я, естественно, настроен скептически, пока не убедился в обратном.

Так было на этой неделе, когда я получил пресс-релиз от австралийско-израильского стартапа Electriq ~ Global. Пресс-релиз частично гласил:

Австралийско-израильская компания Electriq ~ Global и голландская компания Eleqtec заключили соглашение о запуске технологии производства топлива на водной основе Electriq ~ Global в Нидерландах. Вместе они планируют запустить перерабатывающие заводы Electriq ~ Fuel и внедрить приложения eMobility для грузовиков, барж и мобильных генераторов.

Состоящий на 60% из воды, Electriq ~ Fuel кардинально меняет правила игры в области энергетики с нулевым уровнем выбросов. Инновационное топливо представляет собой экономичную альтернативу батареям и сжатому водороду. По сравнению с решениями для хранения экологически чистой энергии, такими как литий-ионные батареи или сжатый водород, Electriq ~ Global обеспечивает больший запас хода при более низкой стоимости. Потенциал плотности энергии этой технологии до 15 раз выше, чем у электрических батарей, которые в настоящее время используются в электромобилях ».

Когда в заявлении говорится, что вода используется в качестве топлива, это всегда увеличивает мой скептицизм.Но я ответил на этот конкретный пресс-релиз и сказал им, что мне понадобится дополнительная информация, прежде чем действовать в соответствии с пресс-релизом:

Мне нужно знать некоторые детали, от которых они, вероятно, не хотят отказываться. Например, сама вода не может быть топливом. Это продукт горения. Единственный способ превратить его в топливо — это где-то добавить энергии. Я мог вскипятить воду и превратить ее в пар. Я мог электролизовать воду, чтобы получить водород. Я мог бы добавить что-нибудь (например, металлический натрий), который будет реагировать с водой с образованием водорода.Но каждый из этих шагов включает добавление энергии в систему ».

Это загвоздка любой из этих систем, которые, по-видимому, полагаются на воду в качестве топлива. Вода не может быть топливом, как углекислый газ не может быть топливом. Это продукты сгорания. Оба они могут быть превращены в топливо или в энергоносители, но это требует дополнительных затрат энергии. (В случае гидроэнергетики природа добавила эти энергозатраты). А законы термодинамики требуют, чтобы затраты энергии на создание топлива всегда были больше, чем энергия, которую вы получаете обратно при использовании этого топлива.

Например, я могу создать водород из воды, пропустив через нее электричество. Затем я могу сжечь этот водород для получения энергии, но он всегда будет меньше, чем количество энергии, которое я потратил на производство водорода.

Например, может потребоваться четыре британских тепловых единицы (БТЕ) ​​электроэнергии для создания трех БТЕ водорода из воды. Есть случаи, когда это экономически оправдано, но вы хотите быть уверены, что четыре начальных BTU, которые использовались, не могли быть использованы для питания конечного приложения.Как правило, более эффективно использовать четыре БТЕ электроэнергии для приведения в действие транспортного средства, чем преобразовывать их в три БТЕ водорода для питания транспортного средства.

Я получил ответ, но это был всего лишь пресс-кит, в котором были подробно описаны некоторые детали. Пресс-кит признал, что вода «реагирует» с катализатором с образованием водорода. В качестве придирки катализатор увеличивает скорость химической реакции, но сам по себе не расходуется на нее. Если вещество действительно реагирует с водой, это не катализатор, это реагент.

Например, как я упоминал в своем ответе, металлический натрий бурно реагирует с водой с образованием гидроксида натрия (NaOH) и водорода (H ₂ ). В реакции выделяется энергия настолько быстро, что водород может взорваться. В процессе металлический натрий превращается в ионы натрия. Таким образом, натрий является реагентом, а не катализатором. Кроме того, преобразование ионов натрия обратно в металлический натрий требует больших затрат энергии.

Я не знаю точно, как обстоят дела с Electriq ~ Fuel, но в пресс-ките действительно говорится, что «катализатор» — это химическая соль, которую они называют Bh5.Я подозреваю, что это гидрид металла (например, гидрид натрия, NaH). Этот класс соединений будет производить водород при реакции с водой, но сами по себе энергоемки для производства.

Таким образом, автомобиль, работающий на такой системе, может претендовать на звание автомобиля с нулевым выбросом углерода, но эти выбросы действительно происходят там, где образуется сама соль. Подобно электромобилю, работающему на угле, выбросы отсутствуют, но существуют выбросы, связанные с производством электроэнергии.

Это видно из пресс-кита, в котором говорится, что : «При использовании возобновляемых источников энергии для рециркуляции нашего топлива последствия нашей технологии равны нулю. Мы потребляем промышленный h3 низкой чистоты, который производится как продукт других химических процессов (например, производство хлора или стали) «.

Теоретически это может быть правдой, но слишком многие технологии используют волшебную палочку возобновляемых источников энергии, чтобы требовать нулевых выбросов. Что мы действительно хотели бы знать, так это фактические затраты энергии, необходимые для производства соли, достаточной для движения транспортного средства на X миль.Таким образом, мы могли сравнить эту технологию с энергоэффективностью двигателя внутреннего сгорания или электромобиля.

Кроме того, по моему опыту, «промышленный h3 низкой чистоты» обычно используется на месте в качестве топлива, а не транспортируется в другое место конечному пользователю. Пользователям не так много такого водорода.

В заключение, я ни в коем случае не намеревался дискредитировать или унизить технологию Electriq ~ Fuel. Как я упомянул в своем ответе им, мне потребуются дополнительные подробности, прежде чем я смогу решить, рассматриваю ли я это как «переломный момент».«Мое намерение здесь состояло скорее в том, чтобы помочь читателям понять, какие вопросы следует задавать при оценке подобных утверждений.

Ученые только что нашли новый способ получения топлива из морской воды

Хотя водородное топливо устраняет загрязнение выхлопных труб, большая часть водородного топлива производится из природного газа, ископаемого топлива. Можно сделать это из более чистого источника: воды. С электродами в воде электричество может отделять водород от кислорода, давая вам чистый водород. Но до сих пор в процессах использовалась очищенная пресная вода, которая стоит дорого.Для увеличения масштабов использования водородного топлива нам нужен другой источник, более дешевый и не использующий воду, которую мы могли бы пить.

Новое исследование ученых из Стэнфорда демонстрирует новый метод производства водородного топлива непосредственно из океанской воды. «В настоящее время потребность в водороде по-прежнему относительно ограничена, потому что так называемая водородная экономика еще не взлетела, хотя она находится на ранней стадии роста», — говорит Хунцзе Дай, профессор химии из Стэнфорда и соавтор новой статьи. об исследовании.«Вы можете себе представить, что спрос на водород возрастет».

[Фото: любезно предоставлено Х. Даем, Юн Куангом, Майклом Кенни] Автомобили, работающие на водороде, уже ходят по дорогам, а поезд, работающий на водороде, теперь курсирует в Германии. В этом году в Сан-Франциско прибывает паром, работающий на водороде, а в рамках проекта в Норвегии создается грузовое судно с нулевым уровнем выбросов. Стартап в Сингапуре разрабатывает первый региональный водородно-электрический самолет. «Если в будущем автомобили с водородным двигателем или другие машины действительно будут набирать обороты, вам понадобится много водорода, и тогда вы начнете думать о том, где взять этот водород», — говорит Дай.

В будущем корабли, работающие на водородных топливных элементах, смогут производить собственное топливо непосредственно из морской воды, заменив грязное топливо, называемое бункером, которое они используют сегодня. (По некоторым оценкам, один большой контейнеровоз может произвести столько же вызывающих рак загрязнений, сколько 50 миллионов автомобилей, вместе с парниковыми газами.)

Другие, включая ВМС США, экспериментировали с получением водорода из морской воды в прошлом. Компания Alphabet’s Moonshot Factory поэкспериментировала с другим методом, а затем решила закрыть проект.Исследователи из Стэнфорда протестировали метод, использующий простой электролиз с парой настроек. В соленой воде положительный электрод обычно притягивает хлорид, быстро разлагая металл. При добавлении нового покрытия электрод может прослужить дольше. Это также означало, что команда могла использовать в 10 раз больше электроэнергии со своим устройством, быстрее генерируя водород. Исследователи также сделали конструкцию энергоэффективной. И процесс может работать на возобновляемой электроэнергии.

Исследование находится на начальной стадии, но Дай говорит, что компании заинтересованы в лицензировании технологии.Теоретически топливо можно широко использовать в транспорте, от автомобилей до самолетов; Поскольку в процессе также образуется кислород, его также можно использовать на подводных лодках, где он может поставлять топливо для корабля и кислород для людей на борту. (Дайверы также могут использовать эту технологию в устройстве для замены кислородного баллона.) Водородные топливные элементы могут также накапливать электроэнергию от электростанций или хранить энергию в домах.

Топливные элементы могут хранить больше энергии, чем батареи, и позволяют избежать некоторых из проблем, связанных с окружающей средой.«Водород потенциально является следующим поколением энергии для энергетических устройств, потому что плотность энергии на самом деле выше, чем у батарей», — говорит Дай. «Это означает, что при заправке вы можете проехать на большее расстояние. Или вы можете использовать более тяжелые устройства ». Чтобы водородная экономика стала успешной, необходимо решить инженерные и инфраструктурные задачи. Но сам океан потенциально может обеспечить себя топливом.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Центр данных по альтернативным видам топлива: основы водорода

Водород (H ₂ ) — альтернативное топливо, которое можно производить из различных внутренних источников.Хотя рынок водорода в качестве транспортного топлива находится в зачаточном состоянии, правительство и промышленность работают над чистым, экономичным и безопасным производством и распределением водорода для широкого использования в электромобилях на топливных элементах (FCEV). Легковые автомобили FCEV теперь доступны в ограниченных количествах для потребительского рынка в локализованных регионах внутри страны и по всему миру. Рынок также развивается для автобусов, погрузочно-разгрузочного оборудования (такого как вилочные погрузчики), наземного вспомогательного оборудования, грузовиков средней и большой грузоподъемности, морских судов и стационарного оборудования.Для получения дополнительной информации см. Свойства топлива и Центр ресурсов по анализу водорода.

В нашей окружающей среде много водорода. Он хранится в воде (H ₂ O), углеводородах (таких как метан, CH ₄ ) и других органических веществах. Одной из проблем использования водорода в качестве топлива является его эффективное извлечение из этих соединений.

В настоящее время паровой риформинг — сочетание высокотемпературного пара с природным газом для извлечения водорода — составляет большую часть водорода, производимого в Соединенных Штатах.Водород также можно получить из воды путем электролиза. Это более энергоемко, но может быть выполнено с использованием возобновляемых источников энергии, таких как ветер или солнце, и избегая вредных выбросов, связанных с другими видами производства энергии.

Почти весь водород, производимый в США каждый год, используется для очистки нефти, обработки металлов, производства удобрений и обработки пищевых продуктов.

Хотя производство водорода может приводить к выбросам, влияющим на качество воздуха, в зависимости от источника, FCEV, работающий на водороде, выделяет только водяной пар и теплый воздух в качестве выхлопных газов и считается автомобилем с нулевым уровнем выбросов.Основные усилия в области исследований и разработок направлены на то, чтобы сделать эти автомобили и их инфраструктуру практичными для широкого использования. Это привело к развертыванию легких серийных автомобилей для розничных потребителей, а также к первоначальному внедрению автобусов и грузовиков средней и большой грузоподъемности в Калифорнии и доступности автопарка в северо-восточных штатах.

Узнайте больше о водороде и топливных элементах из отдела технологий водородных и топливных элементов.

Водород как альтернативное топливо

Водород считается альтернативным топливом в соответствии с Законом об энергетической политике 1992 года.Интерес к водороду как альтернативному транспортному топливу связан с его способностью приводить в действие топливные элементы в транспортных средствах с нулевым уровнем выбросов, его потенциалом для внутреннего производства, а также быстрым временем заполнения топливного элемента и высокой эффективностью. Фактически топливный элемент, соединенный с электродвигателем, в два-три раза более эффективен, чем двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине. Водород также может служить топливом для двигателей внутреннего сгорания. Однако, в отличие от FCEV, они производят выбросы из выхлопной трубы и менее эффективны.Узнайте больше о топливных элементах.

Энергия 2,2 фунта (1 кг) газообразного водорода примерно такая же, как энергия 1 галлона (6,2 фунта, 2,8 кг) бензина. Поскольку водород имеет низкую объемную плотность энергии, он хранится на борту транспортного средства в виде сжатого газа для достижения дальности движения обычных транспортных средств. В большинстве современных приложений используются резервуары высокого давления, способные хранить водород с плотностью 5 000 или 10 000 фунтов на квадратный дюйм (psi). Например, FCEV, производимые производителями автомобилей и доступные в дилерских центрах, имеют резервуары на 10 000 фунтов на квадратный дюйм.Розничные диспенсеры, которые в основном расположены рядом с автозаправочными станциями, могут заполнить эти резервуары примерно за 5 минут. В электрических автобусах на топливных элементах в настоящее время используются баки емкостью 5000 фунтов на квадратный дюйм, для заполнения которых требуется 10–15 минут. Другие способы хранения водорода находятся в стадии разработки, включая химическое связывание водорода с таким материалом, как гидрид металла или низкотемпературные сорбирующие материалы. Узнайте больше о хранении водорода.

Данные с розничных заправочных станций водородом, собранные и проанализированные Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, показывают, что среднее время, затрачиваемое на заправку топливом FCEV, составляет менее 4 минут.

Калифорния является лидером в строительстве водородных заправочных станций для автомобилей FCEV. По состоянию на середину 2021 года 47 розничных водородных станций были открыты для публики в Калифорнии, а также одна на Гавайях, а еще 55 находились на различных стадиях строительства или планирования в Калифорнии. Эти станции обслуживают более 8000 автомобилей FCEV. Калифорния продолжает предоставлять финансирование для строительства водородной инфраструктуры в рамках своей Программы чистого транспорта. Калифорнийская энергетическая комиссия уполномочена выделять до 20 миллионов долларов в год до 2023 года и инвестирует в первые 100 общественных станций для поддержки и поощрения этих транспортных средств с нулевым уровнем выбросов.Кроме того, в северо-восточных штатах планируется построить 14 станций розничной торговли, некоторые из которых уже обслуживают клиентов автопарка.

Производители автомобилей предлагают FCEV только потребителям, живущим в регионах, где есть водородные станции. Неразничные станции в Калифорнии и по всей стране также продолжают обслуживать автопарк FCEV, включая автобусы.