Что такое водородный автомобиль? Реальность и перспективы

Что такое водородный автомобиль? Реальность и перспективы

Наверное, многие из вас, благодаря средствам массовой информации, знакомы с таким понятием, как водородный автомобиль.

Однако далеко не многие знают, что он собой представляет, как он устроен и каков принцип его работы.

Вот как раз об этом и пойдет речь в этой статье. А заодно и о том, почему в качестве «топлива» выбран именно водород, и где и как его «добывают».

Содержание
Устройство и принцип работы водородного автомобиля
1) Устройство
2) Принцип работы
Главные аргументы в пользу водорода
Проблемы, связанные с получением водорода
Что такое «чистый» водород и как его получить
Водородный автомобиль сегодня
1) Toyota Mirai (Япония)
2) Honda Clarity (Япония)
3) Hyundai Nexo (Южная Корея)
4) Mercedes-Benz GLC F-Cell (Германия)
И в заключении — о перспективах

Устройство и принцип работы водородного автомобиля

Так что же представляет собой водородный автомобиль?

Прежде, чем приступить к его описанию, хочу обратить ваше внимание на одно очень часто встречающееся заблуждение. А заключается оно в том, что очень многие непосвященные в эту тему люди считают, что водород в современном водородном автомобиле поступает в цилиндры ДВС и там в дальнейшем поджигается, как обычная бензиновая смесь.

Это в корне неверно.

Водород в водородном автомобиле используется для получения электрической энергии в специальных топливных элементах. С помощью полученной таким образом электроэнергии автомобиль и приводится в движение.

1) Устройство

Ну, а теперь – непосредственно к устройству этого автомобиля.

Внешне водородный автомобиль абсолютно ничем не отличается от обычных автомобилей с ДВС. Однако внутреннее его устройство больше напоминает электромобиль. И это не удивительно. Ведь тот и другой приводятся в движение с помощью электрической энергии.

Однако существует принципиальная разница в том, каким образом они получают электроэнергию, которая необходима для работы электродвигателей.

Электромобиль заряжается электроэнергией из посторонних источников на специально оборудованных для этого электрозаправочных станциях или в бытовых условиях от обычной розетки.

Водородный автомобиль вырабатывает электроэнергию прямо у себя на «борту» посредством химической реакции между водородом и кислородом в специально предназначенных для этого топливных элементах.

Автомобиль, работающий на водороде, состоит из следующих основных частей (см. рис. 1):

Рис. 1. Устройство водородного автомобиля
  • Водородные топливные баки (баллоны), в которые закачан водород под давлением около 700 атмосфер;
  • Водородный топливный элемент, в котором в результате химической реакции между водородом и кислородом, вырабатывается электричество;
  • Система охлаждения топливных элементов;
  • Система преобразователей, которая преобразует постоянный ток аккумулятора в переменный ток, необходимый для питания тягового электродвигателя, и обратно;
  • Тяговый электродвигатель;
  • Трансмиссия, посредством которой передается крутящий момент от двигателя с ведущим колесам;
  • Аккумулятор. В нем накапливается электричество, поступающее в режиме рекуперации при торможении и спуска с горы.

2) Принцип работы

Очень кратко работу такой машины можно описать следующим образом.

Водородный автомобиль заезжает на специально оборудованную заправку, где происходит заполнение его баллонов водородом.

Затем этот газ поступает в топливные элементы. Это такие электротехнические устройства, в которых энергия водорода в результате химической реакции преобразуется в электрическую энергию (более подробно здесь).

Полученный таким образом постоянный ток, пройдя через ряд преобразователей, трансформируется в переменный. Именно такой ток нужен для нормальной работы тягового электродвигателя.

Помимо всего прочего, одним из основных элементов водородного автомобиля является аккумуляторная батарея. Она служит для накопления электроэнергии при торможении автомобиля или его спуске с горы. В таких случаях тяговый электродвигатель машины работает в реверсном режиме. То есть становится как бы большим генератором, который вырабатывает электрический ток.

Затем этот ток, пройдя, опять-таки, через систему преобразователей, накапливается в аккумуляторной батарее. Он является хорошим подспорьем при резком разгоне автомобиля или при преодолении подъема, когда требуется дополнительное увеличение мощности.

Главные аргументы в пользу водорода

Самый весомый аргумент в пользу использования водорода в качестве топлива в автомобиле – это его экологичность.

В последнее время не проходит, наверное, ни одного дня, чтобы в средствах массовой информации не упоминалось о проведении различных форумов, совещаний, митингов и других подобных мероприятий в поддержку защиты окружающей среды.

И одними из основных «отравителей» воздуха и источников выброса в атмосферу углекислого газа CO2 – виновника глобального потепления  на Земле – являются автомобили с двигателем внутреннего сгорания.

Однако водородный автомобиль, наряду с обычным электромобилем, лишен этого недостатка. «Выхлопом» такой машины является простая вода H2O, которая, естественно, абсолютно не загрязняет атмосферу.

Еще одним важным аргументом в пользу применения водорода в качестве топлива является тот факт, что запасы углеводородного сырья (нефть, уголь, природный газ), из которых производят топливо для автомобилей (бензин, дизельное топливо, метан, пропан-бутан и т. д.), иссякнут уже во вполне обозримом будущем.

А вот запасы водорода, если его извлекать из воды, практически, неисчерпаемы.

Проблемы, связанные с получением водорода

В настоящее время известно довольно много способов получения водорода.

Перечислю только некоторые – самые распространенные – из них:

  • Газификация угля;
  • Риформинг нефти и жидких нефтепродуктов;
  • Паровая конверсия природного газа (попутного нефтяного газа, метана);
  • Электролиз воды.

Все эти способы за долгие годы хорошо отработаны и ни с технических, ни с технологических точек зрения не вызывают никаких вопросов.

Ну и в чем тогда заключаются проблемы?

А проблемы заключаются в том, что ни один из этих способов (частично исключая последний) не «вписывается» в широко развернутую в последние годы кампанию по борьбе с вредными выбросами в атмосферу. И при получении водорода из угля, и при получении его из нефти или природного газа одним из побочных продуктов этого процесса является углекислый газ CO2. А он, как известно, способствует образованию парникового эффекта.

Лишь последний – четвертый – способ получения водорода можно считать более-менее приемлемым с точки зрения сохранения окружающей среды.

Этот способ (электролиз воды) заключается в том, что с помощью электрического тока дистиллированную воду разлагают на ее составляющие – водород и кислород:

2H2O = 2H2 + O2 (см. рис. 2)

Рис. 2

Что такое «чистый» водород и как его получить

Однако даже водород, получаемый с помощью электролиза воды, не всегда можно назвать абсолютно «чистым» с точки зрения загрязнения окружающей среды. Ведь электроэнергия, с помощью которой происходит процесс гидролиза воды, может вырабатываться на электростанциях, работающих на угле, нефтепродуктах и газе. А они, как известно, выбрасывают в атмосферу в процессе работы огромное количество парниковых газов.

Так можно ли вообще в принципе получить «чистый» водород?

Можно. Но для этого необходимо, чтобы электроэнергия, питающая электролизную водородную установку, вырабатывалась на электростанциях, работающих на возобновляемых источниках энергии. Имеются ввиду геотермальные источники, приливы и отливы, солнце, ветер (см. рис. 3).

К ним условно можно еще отнести гидроэлектростанции и атомные электростанции.

Рис. 3

Водородный автомобиль сегодня

Чтобы не утомлять вас длинными описаниями, я, как всегда, ограничусь лишь перечислением наиболее популярных на сегодняшний день моделей водородных автомобилей всемирно известных производителей:

1) Toyota Mirai (Япония)

Автомобиль на водороде Toyota Mirai.Фото из Яндекс Картинки

Это самый распространенный на сегодняшний день водородный автомобиль.

Не так давно он побил мировой рекорд по запасу хода без дозаправки для машин на водороде. Им было пройдено 1360 километров.

2) Honda Clarity (Япония)

Автомобиль на водороде Honda Clarity. Фото из Яндекс Картинки

Одной полной заправки водородом этой машины хватит для того, чтобы проехать 750 километров.

3) Hyundai Nexo (Южная Корея)

Автомобиль на водороде Hyundai Nexo. Фото из Яндекс Картинки

Запас хода этого водородомобиля на одной заправке – 595 километров.

4) Mercedes-Benz GLC F-Cell (Германия)

Автомобиль на водороде Mercedes-Benz GLC F-Cell. Фото из Яндекс Картинки

Этот водородный автомобиль интересен тем, что может работать в четырех режимах:

Hybrid – электродвигатель получает электроэнергию одновременно и от аккумулятора, и от водородных топливных элементов;

  • F-Cell – питание только от аккумулятора;
  • Battery – питание только от аккумулятора;
  • Charge – ускоренная подзарядка аккумулятора прямо на ходу.

А еще эту машину можно подзарядить от розетки, как обычный электромобиль.

Пробег на одной полной зарядке водородом составляет 430 километров, а на аккумуляторной батарее 50 километров.

И в заключении – о перспективах

Получит ли широкое распространение водородный автомобиль в будущем? Каковы его перспективы?

На эти вопросы сегодня нет однозначного ответа.

Слишком много сложных задач различного характера предстоит еще решить – и технических, и технологических, и организационных, и финансовых.

И, наверное, самая главная из этих задач – сделать водородный автомобиль абсолютно экологически чистым. Собственно, из-за этого и затевался весь это «сыр-бор» с такими машинами.

Но чтобы достичь этого, надо, чтобы и водород, которым такой автомобиль заправляется, был «чистым». А что это значит, я уже объяснил чуть раньше.

Так вот, когда человечество научится получать в достаточном количестве и с минимальными затратами этот самый «чистый» водород, тогда и водородный автомобиль станет таким же привычным, как сейчас авто с ДВС.

Похожие статьи на сайте по этой тематике:

Водородный автобус: реальность и перспективы

Водородный поезд: реальность и перспективы

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Top