» » Как работают водородные автомобили
Статьи
13.10.17 (15:11)
642
Источник © 1gai.ru, Автор 1gai

Как работают водородные автомобили

Водородные автомобили: Принцип действия.

Как работают водородные автомобили

Во всем мире в последние годы наблюдается повышенный интерес к альтернативным источникам энергии. Не обошла эта тенденция и автопромышленность, которая является главным источником загрязнения атмосферы Земли. Именно поэтому многие страны мира планируют к 2030 году отказаться от использования автомобилей с традиционными двигателями внутреннего сгорания.

 

Смотрите также: Автомобили и экология: Запретят ли автомобили?

 

Мы знаем, что на смену обычным автомобилям скорее всего придут гибриды и электрокары. Но не стоит сбрасывать со счетов и другие автомобили, которые могут работать на альтернативных источниках энергии. Например, давайте рассмотрим водородные автомобили, которые возможно рано или поздно вытеснят с авторынка весь ныне существующий автотранспорт. Мы расскажем вам о том, как работают водородные автомобили, о их плюсах и минусах по сравнению с бензиновыми, дизельными и электрическими транспортными средствами. 

 

Принцип работы

Как работают водородные автомобили Химическая реакция, происходящая в водородном топливном элементе

 

Водородные автомобили, которые уже начали выпускать серийно в автопромышленности, в качестве источника топлива используют водород, который взаимодействуя с кислородом превращается в водяной пар, в результате чего выделяется энергия. Эта энергия обычно в водородном автомобиле идет либо на электродвигатели, либо на аккумуляторную батарею, которая затем и питает электромотор машины.

 

В том числе на основе этой технологии, также возможно построить и двигатель внутреннего сгорания, который сможет работать на водороде, аналогично бензиновым моторам, работающим на бензине. 

 

Преимущества

Подобно электромобилям, транспортные средства, работающие на водородном топливном элементе, не выделяют углекислый газ. В результате водородные автомобили не способствуют глобальному потеплению или загрязнению воздуха. Нынешние водородные автомобили стали практически бесшумны, что также является преимуществом перед автомобилями, оснащенными двигателями внутреннего сгорания (ДВС). К сожалению, сегодня в мире нет машин с ДВС работающих бесшумно. 

 

Смотрите также: Водород в автомобилях: Опасности и сложности использования

 

Поскольку в автомобилях с водородным топливным элементом используются электродвигатели, то в этих видах транспортных средств максимальный крутящий момент доступен сразу от 0 об/мин. работы двигателя.

 

Водородные автомобили в отличие от электрокаров и обычных бензиновых транспортных средств, могут иметь более широкий диапазон работы, также они более эффективны. Например, 1 грамм водорода выделяет в 3 раза больше энергии, чем грамм бензина. Заправка же водородного автомобиля происходит намного быстрее электрического авто. Кроме того, на полном баллоне водорода автомобиль имеет гораздо больший запас хода чем электрокар. В итоге водородные автомобили больше подходят для длительных поездок, в отличие от электромобилей, которые рассчитаны преимущественно для передвижения на небольшие расстояния. 

 

Недостатки

Как работают водородные автомобили 

Основным недостатком водородных автомобилей является то, что топливо водород чрезвычайно трудно хранить. Чтобы заправить нормальное количество водорода в резервуар, его нужно для начала сжать примерно до 700 бар. Для сжатия водорода требуется энергия. Кроме того, для хранения водорода под высоким давлением ему требуется тяжелый высокопрочный усиленный резервуар, чтобы легкоиспоряемое топливо не представляло опасности.

 

Естественно, в случае утечки или разгерметизации баллона с водородом существует огромный риск что газообразный легковоспламеняющийся водород загорится или еще хуже взорвется. 

 

Что касаемо производительности, то водородные автомобили с ДВС работающие на водороде нуждаются в гораздо большем количестве воздуха по сравнению с бензиновыми машинами. Например, идеальное химическое соотношение воздух / топливо для бензиновых моторов составляет около 14,3:1. Для водородных автомобилей это соотношение примерно 38:1. Однако при таком соотношении водорода и кислорода водородные двигатели внутреннего сгорания сжигают топливо при огромной температуре, что приводит к разрыву тройных связей азота в воздухе, в результате чего образуется закись азота (да, да образуется вещество, которое выбрасывается в атмосферу в результате работы дизельного мотора). Это вещество является одним из самых вредных загрязнителей окружающей природы. 

 

Чтобы уменьшить уровень вредных выбросов в ДВС работающем на водороде, необходимо чтобы соотношение водорода и кислорода увеличилось почти до 80:1. Но вместе с этим ДВС работающий на водороде потеряет большое количество мощности по сравнению с бензиновыми моторами. И все дело здесь в том, что как мы уже сказали водород, является более энергоемким топливом, чем бензин. 

 

Один из способов обойти подобный неблагоприятный эффект, это использовать для максимальной мощности, твердый топливный элемент, который будет давать энергию электромоторам, необходимую для тех случаев, когда автомобилю нужна максимальная мощность. То есть как вы уже поняли идея заключается в том, что для небольшой мощности в водородном автомобиле как правило используется водородное топливо в качестве альтернативы бензину, которое и питает ДВС. Для максимальной же мощности в действие будет вступать аккумулятор, который питает электродвигатели.  

Как работают водородные автомобили

 

Другой проблемой является тот факт, что водород чрезвычайно энергоемкое топливо. Например, если сравнивать водород с бензином, то в 1 литре водорода содержится только 30% энергии, в отличие от бензина, где энергии больше. Соответственно запас хода водородного автомобиля на одном полном баке будет небольшим по сравнению с бензиновой машиной. 

 

В том числе водородные автомобили (не важно какую технологию они используют: топливный элемент или же водород используется напрямую в качестве топлива вместо бензина) так же, как и бензиновые транспортные средства не так эффективны по сравнению, например, с электрокарами. КПД водородных автомобилей составляет примерно 30-50%, что сопоставимо с бензиновыми автомобилями. Это почти на половину меньше чем КПД электрических транспортных средств.

 

Это означает что водородные автомобили, как и бензиновые, большую часть энергии теряют в процессе обработки выделяемой тепловой энергии.

 

Есть и еще один главный минус водородных машин работающих на топливном элементе. Этот вид машин не очень хорошо работает на холоде. 

 

Откуда берут водород?

Как работают водородные автомобили 

Существует два основных способа получения водорода. Первый включает взаимодействие пара с метаном (природным газом) в результате которого получается водород и двуокись углерода.

 

При этом способе получения водорода есть две проблемы. Во-первых, при этом процессе выделяется углекислый газ, который является парниковым газом, наносящим вред атмосфере планеты. Во-вторых, газ метан является ископаемым топливом и не возобновляется. 

 

Второй способ получения водорода- это расщепление воды посредством электролиза. В результате этого процесса из воды выделяется чистый водород, который может служить источником топлива для водородного автомобиля. К сожалению для этого процесса необходимо слишком много энергии, которая не будет возобновлена на 100%. Кроме того, в процессе получения водорода происходят некоторые косвенны выбросы углекислого газа.

 

Смотрите также: Почему двигатели V4 редко встречаются в автомобилях?

 

В том числе в процессе получения водорода часть энергии этого топлива теряется, что делает водородные автомобили менее эффективными по сравнению, например, с электрическим транспортом. 

 

В итоге в водородных автомобилях водород стал обычным источником подзарядки аккумуляторных батарей, которые в свою очередь питают электромотор. Тут есть все просто. Энергия от водорода поступает в накопительный аккумулятор, для того чтобы поддерживать уровень заряда батареи, который постоянно снижается из-за питания электродвигателя.

 

Какие водородные автомобили сегодня продаются на мировом авторынке?

Как работают водородные автомобили 

Прямо сейчас единственный массовый серийный водородный автомобиль, который вы можете купить это Toyota Mirai. В настоящий момент машина продается в США, Японии, некоторых странах Европы и ОАЭ. По некоторым данным Японская компания уже продала более 3000 автомобилей. К сожалению водородный седан стоит очень дорого.

Как работают водородные автомобили

В среднем 60 000 долларов США. И это вы должны отдать за автомобиль мощностью всего 152 л.с. с максимальным запасом хода в 500 км и те при идеальных условиях. В среднем автомобиль проедет где-то 300 км, что сопоставимо с седаном Tesla Model S. Так что запас хода для водородного автомобиля не впечатляет.

 

Но есть еще одна проблема. Где вы будете заправлять Toyota Mirai? Ведь водородных заправок не так много даже в мировом масштабе. Именно отсутствие инфраструктуры и тормозит развитие водородного транспорта. 

 

Есть еще в мире две серийные водородные модели автомобилей. Речь идет о Honda Clarity и Hyundai Tucson FCEV. Но эти машины доступны только в нескольких странах в ограниченном тираже.

 

В том числе недавно компания Mercedes представила на автосалоне во Франкфурте свой первый серийный водородный кроссовер GLC, который в скором времени будет доступен для покупки во всех странах Евросоюза. 

Как работают водородные автомобили 

Так что как видите выбор водородных авто не богат даже в глобальном масштабе. Но тем не менее автопромышленность не стоит на месте и в настоящий момент многие автомобильные компании занимаются разработками и исследованиями в этой области.

 

Смотрите также: Mercedes GLC F-Cell: Теперь и водородная версия

 

Например, компания BMW в настоящий момент проводит инженерные испытания водородного спорткара BMW на базе i8.

 

В том числе активные разработки водородных автомобильных технологий ведет компания Mazda. Например, у Японского бренда есть разработка роторного мотора способного работать на водороде. Например, подобная технология была установлена на прототип RX-8 Hydrogen RE. Эта машина может работать как на водороде, так и на бензине. Правда при работе на водороде мощность машины существенно падает - до 109 л.с.

 

Не отстает от разработок и компания Aston Martin, которая создала Rapide S способный работать как на бензине, так и на водороде. Например, машина может использовать разные виды топлива как по отдельности, так и вместе.

 

Кстати Aston Martin Rapide S стал первым водородным автомобилем, который успешно завершил 24-часовые гонки в Нюрбургринге.

 

Вывод

Как работают водородные автомобили 

Итак, самый большой вопрос, который волнует миллионы человек на Земле. Будут ли водородные автомобили жизнеспособными в будущем? Смогут ли они заменить все ныне существующие автомобили?

 

Однозначно на этот вопрос вам не ответит никто: ни великие инженеры и автоконстукторы, ни физики, химики и даже фантасты.

 

К сожалению, спрогнозировать на чем будут ездить люди во всем мире через 100 лет невозможно.

 

Лично мы считаем, что водородные автомобили никогда не смогут стать нашими основными транспортными средствами заменив традиционные автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Ведь они недостаточно эффективны. Кроме того, во всем мире под водородные автомобили нет инфраструктуры. Чтобы ее развить до уровня бензиновых и дизельных АЗС, необходимы столетия и огромные инвестиции. 

 

Сегодня использование электричества в плане топлива для автомобилей более предпочтительно. Ведь согласитесь использование напрямую электричества для питания электродвигателей логичней чем использование преобразования воды в водород и обратно с одной целью - питание аккумулятора. Причем в этом процессе теряется до 50% энергии. Согласитесь, не впечатляет.

 

Тем не менее водородные автомобили могут использоваться, например, в гонках электрокаров, где поддерживать нужный уровень заряда аккумулятора главная задача спортивных команд. Используя водород во время гонок электрокаров командам не нужно будет часто менять аккумуляторы, что естественно увеличит зрелищность соревнований.

Оцените новость:
Поделиться
В какой страховой компании вы купили полис ОСАГО?
 
Популярное

Подписаться на новости