Воздух как топливо для автомобилей

Водородное топливо для автомобилей

Во Франции произошло событие, которое, пожалуй, может вызвать в ближайшие 10-15 лет ни более ни менее как революцию в автостроении. Президент PSA Peugeot Citroёn Жан-Мартин Фольц и исполнительный директор исследовательской организации CEA Ален Бюга представили публике плод почти двухлетних усилий: первый в мире компактный водородный топливный элемент, который при весе 5 кг позволит машине ехать на одной заправке 500 км.

Группа PSA Peugeot Citroën представила общественности экспериментальные модели Peugeot 307 и Citroën C4, оснащенные новым гибридным двигателем. Конструкция данных моделей сочетает в себе двигатель внутреннего сгорания и электрический мотор, что позволяет значительно сократить уровень потребления топлива (3,4 литра на 100 км) и выбросов углекислого газа (90 гр на 1 км). При этом автомобили сохраняют прежний признанный уровень комфорта и отличную управляемость. Более того, благодаря установленному гибридному двигателю, новые автомобили способны работать на низких скоростях на одном электричестве. Таким образом, эффективность гибридных двигателей очевидна, и в настоящее время приоритетным направлением работы группы станет снижение стоимости их производства и последующая установка на серийные модели.

Необходимость защиты окружающей среды и поддержания экологического баланса на планете, а также непрекращающийся рост цен на топливо побуждают автопроизводителей искать новые альтернативные варианты конструкции двигателей. Уже более 10 лет группа PSA Peugeot Citroën ведет разработки в данной области. За это время было налажено производство дизельных двигателей, отличающихся высокой топливной производительностью и низким уровнем выбросов CO2. Замена бензинового двигателя дизельным позволяет сократить потребление топлива минимум на 25%. За последние четыре года PSA Peugeot Citroën реализовала более 1,100,000 экономичных автомобилей с низким уровнем выхлопных газов. Данные показатели делают группу одним из основных мировых производителей автомобилей, наиболее ответственно подходящих к вопросам экологии. Высокие показатели группы во многом определяются и доступной стоимостью производимых средств передвижения.

Фактически изобретатели создали химический электрогенератор большой мощности. Новый мотор разрабатывался в рамках государственной программы GENEPAC (GENérateur Electrique à Pile A Combustible – «генератор электричества топливный, модульный»), поэтому вполне естественно, что презентация инновации состоялась в Париже в присутствии министра образования и науки Франции Жиля де Робьена.

Форд добил электромобили

«После Первой мировой войны о серийных электромобилях надолго забыли – единственным электрокаром, получившим повсеместное распространение, стал троллейбус»

Любопытно, что как зарубежные, так и отечественные СМИ поначалу пропустили это важное событие – сообщения о презентации появились в нефранцузских источниках с задержкой от трех дней до недели.

И это не удивительно: химические источники тока такого типа известны достаточно давно. Топливные элементы на практике применили американцы в рамках своей лунной программы, а на долговременной орбитальной станции NASA Skylab (1973-1979 годы) они были едва ли не основными источниками энергии.

Однако характеристики нового изделия французских ученых являются поистине выдающимися. При заправке 54 л сжатого водорода (вес сжиженного газа составляет при этом всего 5 кг) топливный элемент (ТЭ) выдает мощность в 80 кВт. Это, по мнению конструкторов Peugeot, позволит создать полноценный электромобиль с запасом хода на одной заправке более 500 км.

Здесь необходимо сделать небольшой экскурс в историю. Вообще-то электромобиль появился почти на 20 лет раньше «самобеглой повозки» (как называлось новомодное изобретение в русской прессе тех лет) с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Случилось это в Англии в 1863 году – всего два года спустя после открытия Майклом Фарадеем закона электромагнитной индукции. К 1900 году в Америке было выпущено 1585 автомобилей на электротяге – против 936 экипажей с ДВС.

Строились такие экипажи и в царской России. Их производством занималась компания Яковлева. Это были довольно неуклюжие повозки с огромными емкостями, наполненными соляной кислотой с погруженными в нее электродами, – такие открытые аккумуляторы нашли позднее применение на подводных лодках «доатомной» эры.

Но главным конструктивным недостатком электромобилей тех лет был малый запас хода. Повысить «дальнобойность» электромобилей можно было только одним способом – экстенсивным, увеличивая и без того немалые батареи аккумуляторов. Однако их удельная энергоемкость оставляла желать лучшего.

В начале XX века самые эффективные аккумуляторы вырабатывали 10-15 ватт-часов энергии на один килограмм своей массы – в шесть раз меньше, чем ДВС того времени (для сравнения: один килограмм бензина в баке современной легковушки содержит уже 12 000 ватт-часов энергии). То есть для пробега полсотни километров двухтонному электроэкипажу была необходима 1000-килограммовая батарея! При этом нужно учесть еще и тот факт, что из-за коррозии пластин их каждые два года приходилось менять.

Тем временем ДВС быстро прогрессировали: уменьшался их вес, размеры; с ростом мощности росла и экономичность. Бензин тем временем дешевел, строительство заправок, инициированное фирмой Chevron, набирало обороты. Изобретенный в 1912 году Чарльзом Кеттерингом электрический стартер существенно упростил запуск бензиновых двигателей.

Окончательно добил электромобили (а с ними и паромобили) Генри Форд, который начал массовый выпуск дешевых (от 500 до 1000 долларов) Ford Т. Стоимость же электромобилей только росла: родстер на электротяге 1912 модельного года стоил 1750 долларов, а бензиновый аналог — всего 650.

Гибридный автомобиль Toyota Prius (фото REUTERS)

После Первой мировой войны о серийных электромобилях надолго забыли – единственным электрокаром, получившим повсеместное распространение, стал троллейбус. Всерьез взяться за разработку коммерчески успешных проектов на альтернативных видах топлива заставил взяться только нефтяной кризис 80-х годов прошлого века.

Автомобильные фирмы вновь заинтересовались электротягой в 70-х годах, на волне первого топливного кризиса. Но к серьезным исследованиям концерны приступили почти десять лет спустя, с принятием в США Акта о чистом воздухе. Тогда сенаторы обязали автопроизводителей Америки к 1998 году довести выпуск абсолютно экологически чистых транспортных средств до 2% от общего объема производства.

Именно поэтому в конце 90-х годов прошлого века в мире появилось так много прототипов электромобилей на топливных элементах с водородным питанием. Но тогда (до появления «французского чуда») аккумуляторных батарей весом всего чуть более 60 кг, которые по удельной энергоемкости могли бы обеспечить привычный автомобилистам запас автономного хода в 350-400 км, никто не придумал.

Конечно, есть еще так называемые гибридные автомобили, где для создания тяги используются оба вида двигателей: ДВС и электрический. Таких машин выпущено уже не мало, есть они и в нашей стране. Например, Toyota Prius продается в России официально с 2004 года и имеет уже немало поклонников.

Гибридные автомобили действительно экономичней классических бензиновых, и спрос на них растет вместе с ценами на нефть. Почти все основные производители заявили подобные машины в своих модельных рядах на ближайшие годы.

Однако ТЭ, созданные по технологии GENEPAC, позволяют создать полностью электрический автомобиль, претендующий на успех не только у фанатов экологии, но и у обычных автовладельцев, глобальными проблемами не интересующихся. При этом все, что потребуется для его работы, – это чистый водород.

16 трлн. долларов

На сегодняшний день водородные двигатели и электрогенераторы уже готовы к запуску в массовое производство (фото REUTERS)

Переходить на водород как источник энергии для автомобилей в виде топлива для ДВС или ТЭ так или иначе придется. Переход к новым методам будет нелегким, в том числе и с экономической точки зрения, и прежде всего для общественного транспорта, но при правильной политике этот процесс будет осуществимым и рентабельным.

«Каменный век закончился не из-за нехватки камней, а нефтяной век завершится намного раньше, чем будут израсходованы все запасы нефти на планете». Эти пророческие слова принадлежат не зеленому утописту, а Заки Ямани – саудовскому шейху, который 20 лет назад был министром нефти в своей стране.

Даже если делать крупные инвестиции в нефтяные разработки в России или где-либо еще, в ближайшие 20 лет квота нефтяного рынка Саудовской Аравии будет лишь увеличиваться. Это очевидно просто исходя из огромных запасов дешевой нефти, которыми располагает регион.

На территории Саудовской Аравии и четырех соседних с ней государств находится две трети мировых разведанных запасов нефти. Риск, что этот поток прекратится, будет оставаться постоянной угрозой и может даже возрасти. Этот факт отодвигает вопрос о цене на второй план.

На сегодняшний день водородные двигатели и электрогенераторы уже готовы к запуску в массовое производство. Практически все нефтяные и энергетические транснациональные корпорации имеют многомиллионные водородные программы. Все мировые автомобильные гиганты имеют по несколько опытных образцов. General Motors, Ford, BMW, Toyota, DaimlerChrysler – все эти компании начали или начнут со следующего года серийное производство своих моделей на топливных элементах.

Единственная причина, по которой это не происходило раньше, – необходимость гигантских инвестиций для создания инфраструктуры, сопоставимой с нефтяной, а также наличие относительно дешевой нефти. По сути, для того чтобы начался процесс перехода к водороду, нужен был лишь какой-то внешний толчок.

Взлет цен на нефть, похоже, и стал таким толчком. Говорить о дороговизне альтернативных источников энергии или огромных инвестициях в водородную инфраструктуру можно при цене в 20 долларов за баррель. Когда цена переваливает за 50, эти аргументы уже не работают. «Если нынешние тенденции сохранятся, миру необходимо будет инвестировать 16 трлн. долларов в течение ближайших трех десятилетий, чтобы обеспечить поддержание роста энергопотребления», – уверен исполнительный директор парижского бюро IEA (Международного энергетического агентства) Клод Мандила.

В свете нынешнего кризиса можно почти не сомневаться, что деньги эти будут потрачены на создание водородной инфраструктуры и развитие других альтернативных источников энергии. Поэтому расчет того, на сколько миру хватит нефти, может оказаться бессмысленным занятием.

Водород как топливо для автомобилей

В настоящее время многие технические вопросы по внедрению водородной энергетики решены. Все ведущие автомобильные компании имеют концептуальные модели машин, работающих на водороде. Существуют станции заправки этих автомобилей. Однако стоимость водорода пока намного выше, чем бензина или природного газа. Чтобы новая отрасль стала коммерчески оправданной, необходимо выйти на новый уровень получения водорода и снизить цену на него.

Получение водорода

Получение водорода электролизом воды

Сейчас известно около десятка методов получения водорода из разных исходных материалов. Самый известный — гидролиз воды, ее разложение при пропускании электрического тока, но он требует больших затрат энергии. Главным направлением снижения энергозатрат при электролизе воды является поиск новых материалов для электродов и электролитов.

Разрабатываются методы получения водорода из воды с использованием неорганических восстановителей — электроотрицательных металлов и их сплавов с добавкой металлов-активаторов. Такие сплавы названы энергоаккумулирующими веществами (ЭАВ). Они позволяют получать из воды любое количество водорода. Еще одним способом выделения водорода из воды может стать ее фотоэлектрохимическое разложение под действием солнечного света.

Получение водорода парофазной переработкой метана

К распространенным методам относятся парофазная переработка метана (природного газа) и термический метод разложения угля и другого биоматериала. Перспективны термохимические циклы производства водорода, парофазные методы конверсии его из каменного и бурого угля и торфа, а также метод подземной газификации угля с получением водорода.

Отдельная тема — разработка катализаторов для получения водорода из органического сырья — продукта переработки биомассы. Но при этом наряду с водородом образуются значительные количества окиси углерода (СО), который необходимо утилизировать.

Получение водорода из биогаза

Еще один перспективный метод — процесс каталитической паровой переработки этанола. Можно также получить водород из угля (как каменного, так и бурого) и даже из торфа. Также все большее внимание привлекает сероводород. Это обусловлено низкими затратами энергии на электролитическое выделение водорода из сероводорода и большими запасами этого соединения в природе — в воде морей и океанов, в природном газе. Сероводород также получается в качестве побочного продукта нефтеперерабатывающей, химической, металлургической промышленности.

Водород можно получать с использованием плазменных технологий. С их помощью можно газифицировать даже самое низкокачественное углеродное сырье, например твердые бытовые отходы. В качестве источника термической плазмы используются плазмотроны — устройства, генерирующие плазменную струю.

Хранение водорода

Для хранения водорода непосредственно в автомобиле существуют следующие способы: газобаллонный, криогенный, металлогидридный.

В первом случае водород хранится в сжатом виде при давлении около 700 атм. При этом масса водорода составляет всего около 3% от массы баллона и для хранения сколько-нибудь заметного количества газа нужны весьма тяжёлые и объёмные баллоны. Это не говоря уже о том, что изготовление, зарядка и эксплуатация таких баллонов требуют особых мер предосторожности из-за опасности взрыва.

Криогенный способ подразумевает сжижение водорода и хранение его в теплоизолированных сосудах при температуре -235 градусов. Это достаточно энергозатратный процесс – сжижение обходится в 30-40% той энергии, которая получится при использовании полученного водорода. Но, как-бы ни была совершенна теплоизоляция, водород в баке нагревается, давление увеличивается и газ стравливается в атмосферу через предохранительный клапан. Всего несколько дней – и баки пусты!

Самыми перспективными являются твердые накопители, так называемые металлогидриды. Эти соединения умеют вбирать в себя, как губка, водород при одних условиях и отдавать при других, например при нагревании. Чтобы это было экономически выгодно, такой металлогидрид должен «впитывать» не менее 6% водорода. Весь мир сейчас ищет подобные материалы. Как только материал будет найден — его подхватят технологи, и процесс «водородизации» пойдет.

Водородное топливо

Водород — наиболее распространённый элемент во вселенной. Его атомы и молекулы присутствуют во всём, что окружает нас — воде, еде, растениях, жидком топливе, природном газе. Водород составляет две трети массы Солнца.

Давно известно, что газ водород — очень лёгкий (молекулярный вес водорода 2, воздуха 29) и взрывоопасный. Первые дирижабли заполняли именно им, однако после жуткой трагедии с «Гинденбургом» его стали применять с опаской.

Преимущества и недостатки топлива из водорода

Все углеводородные виды топлива, особенно нефтяного происхождения, выделяют в окружающую среду много вредных веществ. Это окись кислорода (угарный газ), ряд окислов азота NOx, соединения серы и сажевые частицы. Все эти вредности — продукты сжигания химических соединений, входящих в состав топлива. Человечество тратит огромные средства на устранение токсичных выбросов. Для этого принимают ограничительные стандарты, очищают топливо, дорабатывают выхлопные системы автомобилей.

Если водород применять в качестве топлива, то борьба с вредными выбросами не потребуется — при его сжигании образуется только чистый водяной пар. Другим преимуществом водорода является его огромная теплотворная способность — 120 МДж/м³, это в 2-3 раза превышает количество энергии, получаемой от сопоставимой массы бензина.

Использование водородного топлива позволит на всё проглядываемое будущее обеспечить человечество неиссякаемой энергией. Люди забудут о заканчивающихся нефти и газе, о проблемах с их очисткой, о заболеваниях, связанных с вредными выхлопами двигателей.

Первостепенными задачами сегодня являются освоение производства водородного топлива и разработка технологий использования его в двигателях и других преобразователях энергии.

Поскольку научный мир и производственные сферы давно занимаются исследованиями водородной энергетики, к нашему времени имеются положительные результаты. Одной из первых опыт применения водородного топлива для автомобилей воплотила компания Honda. Ею выпущено 220 серийных авто FCX Clarity с водородными топливными элементами Они стоят дорого, но интенсивно используются и дают ценный опыт эксплуатации.

Другие автопроизводители также активно работают над созданием водородных автомобилей. Уже не один год выпускаются экспериментальными партиями автобусы, грузовики, тепловозы, подводные лодки, погрузчики, работающие на топливных элементах с водородом.

ДВС на газообразном водородном топливе без доработки двигателя используются редко. Это связано с агрессивным воздействием водорода на детали и смазку и особенностями воспламенения чистого водорода. Для такого топлива используют специальные роторные двигатели с разнесенными впускным патрубком и выпускным коллектором.

Схема водородной двигательной установки в автомобиле

Основой водородного автомобиля является водородный топливный элемент, в котором энергия химической реакции превращается в электрическую энергию. Последняя питает электродвигатель, передающий вращающий момент на трансмиссию. Кроме батареи топливных элементов, весящей 67 кг, в авто стоит бак для сжатого водорода объёмом 170 л (давление 350 бар) и литиево-ионный аккумулятор. Топливного элемента хватает примерно на 120 тыс. км, а водородного бака — на 450 км, потом его нужно зарядить на заправочной станции. Время заправки невелико — всего несколько минут.

Химическая реакция происходит между водородом, поступающим из бака, и кислородом из окружающего воздуха. В результате реакции образуются вода и электроэнергия, снимаемая с катода и анода. Выделение энергии водорода происходит не во взрывном, а в спокойном, управляемом режиме.

Пока нет сообщений о водородном топливе для серийных самолётов, но известно об испытаниях компанией Boeing лёгкого самолёта на топливных элементах. Сжиженный при температуре -252 ºС водород используется в космических двигателях.

Кроме описанных выше плюсов, специалисты отмечают и минусы водородного топлива, которые тормозят развитие этого вида энергетики. Они сводятся к следующему:

• технологии хранения водорода пока несовершенны;
• отсутствует инфраструктура заправочных станций;
• отсутствуют стандарты применения, хранения и безопасности;
• большие объёмы водородных баков требуют уменьшения размеров багажника или увеличения размеров легкового автомобиля;
• опасность взрыва на водородных автомобилях пока выше, чем на бензиновых и дизельных;
• водородные автомобили на топливных элементах и чистом водороде обходятся пока дорого и в производстве, и в эксплуатации.

Развитие водородных технологий, техники и транспортных средств на водороде продолжается.

Применение водородного топлива на автотранспорте

Автомобильный транспорт является одним из основных по­требителей нефтяных топлив (на его долю приходится примерно одна восьмая их производства) и одним из основных ис­точников загрязнения окружающей среды. Доля вредных вы­бросов с отработавшими газами автомобильных двигателей со­ставляет 39—63 % общего загрязнения окружающей среды. По оценкам зарубежных экспертов мировые запасы нефти оцениваются в 100 млрд. т,, т. е. рассчитаны на 15 лет по современным тем­пам потребления.

Энергетические и экологические проблемы приобретают в настоящее время первостепенное значение. Решение энергоэкологических проблем в большей или меньшей степени могут обеспечить следующие мероприятия:

• создание более совершенных энерго­установок нового типа;
• совершенствование рабочего процесса традиционных ДВС и применение систем нейтрализации от­работавших газов;
• использование в традиционных ДВС новых в»дов топлива.

В плане решения поставленных проблем, на первый взгляд, большой интерес представляют электрические силовые установ­ки, использующие электрохимические источники энергии — аккумуляторные батареи и электрохимические генераторы.

Несмотря на ряд существенных преимуществ (высокая приспосабливаемость к прерывистому режиму городского движения высокая долговечность, простота технического обслуживания и экологическая чистота), практическое применение электромобиля остается проблематичным по двум основным причинам. Во-первых, для таких автомобилей нет надежных, легких и, главное, достаточно энергоемких электрохимических источников тока. Удельная мощность и энергоемкость аккумуляторных батарей и топливных элементов примерно на порядок ниже, чем современных ДВС. Во-вторых, перевод всего автомобильного парка на питание электрохимическими аккумуляторами вызовет расходование огромного количества электроэнергии на подзарядку аккумуляторов. В промышленно развитых странах суммарная мощность автомобильных двигателей в несколько раз превышает мощность всех электростанций. Кроме того, подавляющая часть электроэнергии вырабатывается при сжигании ископаемых топлив, поэтому энергоэкологическая проблема была бы перенесена из автомобильной сферы в сферу тепловых электростанций.

Разработка и применение для автотранспорта новых типов двигателей, например внешнего сгорания (паровые двигатели и двигатели Стерлинга), позволяют достичь низкого уровня вредных выбросов с продуктами сгорания и обеспечить перспек­тивные жесткие нормы по токсичности. Однако в этом случае не решается проблема дефицита топливных ресурсов. Практи­ческое применение новых схем двигателей для автомобильного транспорта связано с решением ряда сложных технических проблем, особенно это относится к двигателю Стерлинга. Кроме того, перестройка автомобильной промышленности потребовала бы колоссальных капиталовложений. Поэтому возможность широкого внедрения подобных двигателей отодвигается на довольно значительное время.

Решение экологоэнергетической проблемы на автомобильном транспорте путем совершенствования конструкции существующих ДВС предусматривает прежде всего совершенствование рабочего процесса подсистем питания для обеспечения максимальной полноты сгорания на всех режимах работы двигателя, а также применение различных устройств для обезвреживания отработавших газов путем их дожигания, каталитической и жидкостной нейтрализации, фильтрации и т. д. К сожалению, применение этих довольно сложных и дорогостоящих устройств малоэффективно и связано со значительными затратами.

МОТОРНЫЕ СВОЙСТВА ВОДОРОДА И ПРЕДПОСЫЛКИ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА ДЛЯ ДВС

Идея использования водорода в качестве топлива для поршневых ДВС не нова. В конце 20-х, начале 30-х гг. текущего столетия в Германии и Англии были начаты разработки водородных маршевых двигателей для аэростатов и под водных лодок. Однако в связи с техническими трудностями по организации рабочего процесса, обусловленными моторными свойствами водорода, а также в связи с отсутствием эффектив ных и безопасных способов его аккумулирования эти работы были приостановлены.

В начале 70-х гг. вследствие обострении энергоэкологической ситуации возврат к водороду как топливу, экологически чистому и имеющему неограниченную сырьевую базу, вполне оправдан.

МОТОРНЫЕ СВОЙСТВА ВОДОРОДА

Пригодность любого вида топлива для транспортных ДВС определяется его моторными свойствами. Водород как моторное топливо обладает рядом особенностей, отличающих его от других видов топлива. Применение водорода позволяет по новому подойти к организации рабочего процесса ДВС, существенно улучшить их топливную экономичность и снизить количество вредных выбросов с отработавшими газами. Водород является одним из наиболее энергоемких топ-лив, его низшая теплотворная способность почти в три раза выше, чем нефтяных моторных топлив, и составляет 120 X 103 кДж/кг. Однако ввиду малого стехиометрического соотношения водород — воздух (для сжигания 1 моля водорода требуется 2,38 молей воздуха, в то время как для 1 моля нефтяных моторных топлив около 50 молей) и низкой плотности водорода теплотворность водородовоздушной смеси стехиометрического состава будет ниже, чем топлнвовоздушных смесей традиционных топлив, что повлечет за собой снижение мощности поршневого двигателя при переводе его на водород.

Сравнительные значения удельной энергоемкости заряда для бензинового и водородного двигателей и характеристики топлив представлены в табл. 1. Приведенные данные показывают, что в водородном двигателе объемное отношение топливо — Еоздух в стехиометрической смеси составляет 0,42, в то время как в бензиновом двигателе — всего лишь 0,02. Высокая объемная доля водорода в топливовоздушной смеси при внешнем смесеобразовании приводит к значительному снижение ‘энергоемкости заряда, несмотря на очень высокую теплотворную способность водорода.

Таблица 1. Энергоемкость заряда поршневого двигателя на бензине и водороде.

При стехиометрическом составе смеси энергоемкость заряда водородного двигателя с внешним смесеобразованием на 15 % ниже, чем бензинового двигателя. При внутреннем смесеобразовании, наоборот, энергоемкость заряда водородного двигателя на 12 % выше, что позволяет достичь довольно высоких значений среднего эффективного давления (до 0,85 МПа). Однако на основании имеющихся данных еще нельзя сделать вывод о возможной максимальной литровой мощности водородного двигателя. Ее величина в значительной степени будет зависеть от возможности использования области стехиометрического состава смесей в связи со склонностью к самовоспламенению на впуске, склонностью к детонации и высокой эмиссией оксидов азота. Поэтому состав водородовоздушной смеси на полной мощности может быть ограничен коэффициентом избытка воздуха 1,5.

Большое влияние на рабочий процесс двигателя оказывают свойства топлива, определяющие качество смесеобразования. При использовании водорода в качестве топлива для ДВС могут применяться несколько способов смесеобразования: для двигателей с зажиганием от искры — внешнее и внутреннее (подача водорода как в процессе впуска, так и на линии сжатия); для двигателей с самовоспламенением — внешнее и внутреннее-(подача водорода на линии сжатия и зажигание путем впрыска запальной дозы жидкого углеводородного топлива, а также подача водорода в конце такта сжатия по определенному закону совместно с запальной дозой жидкого углеводородного топлива); для газовых турбин — внутреннее с непрерывной подачей водорода в зону горения.

В случае внешнего смесеобразования степень гомогенности смеси определяется такими свойствами топлива, как температура кипения и диффузионная способность. Водород в этом отношении имеет прекрасные свойства: температура кипения —253 °С, что в любых условиях работы двигателя исключает наличие жидкой фазы водорода в смеси; коэффициент диффузии водорода в воздухе при нормальных условиях составляет 0.63 см2/с, что в восемь раз превышает коэффициент диффузии углеводородных топлив в воздухе.

Указанные свойства водорода обеспечивают формирование высокогомогенной смеси и исключают образование жидкой пленки па поверхностях впускного тракта вследствие переохлаждения смеси в процессе смесеобразования и ее расслоения под действием ускорений в изгибах впускного тракта и пульсаций потока на впуске.

При внутреннем смесеобразовании с подачей топлива на •линии сжатия требования к топливам по скорости формирования гомогенной смеси более жесткие, поскольку время, отводимое на смесеобразование, в этом случае в несколько раз меньше, чем при внешнем смесеобразовании. Указанные свойства Водорода удовлетворяют этим требованиям лучше любого из Углеводородных топлив, как жидких, так и газообразных.

Жесткие требования, предъявляемые к топливам по формированию гомогенной смеси, отпадают при внутреннем смесеобразовании с подачей топлива в конце сжатия, так как оно сгорает по мере подачи в цилиндр. В то же время топливо должно обладать способностью за очень короткий промежуток времени (примерно 1 мс) образовать горючую смесь. Водород, обладая высокой скоростью диффузии, в этом отношении пред. ставляет собой прекрасное топливо. Однако, так как данный способ смесеобразования может быть реализован в сочетании с принудительным зажиганием, могут возникнуть определенные трудности в четком согласовании момента зажигания и момента подачи водорода. Кроме того, могут иметь место определенные проблемы, связанные с аппаратурой впрыска водорода под высоким давлением вследствие его низкой плотности и сжимаемости.

В газотурбинных двигателях из-за большого расхода топлива сгорание водорода должно происходить непрерывно в любых условиях, причем с предварительно смешанными пламенами. При применении водорода, имеющего значительно большую диффузионную способность, также, как и при использовании углеводородных топлив, целесообразным является внут реннее смесеобразование, которое обеспечивает быструю и высокую гомогенизацию смеси в зоне сгорания.

Особенности рабочего процесса двигателей, работающих на водороде, определяются главным образом свойствами водороде-воздушной смеси, а именно: пределами воспламенения, температурой и энергией воспламенения, скоростью распространения фронта пламени, расстоянием гашения пламени. Все эти свойства у водорода на порядок лучше, чем у углеводородных топлив.

Пределы воспламенения. Пределы изменения составов топ-ливовоздушных смесей, при которых возможно их воспламенение и сгорание, называют пределами воспламенения и оценивают либо в объемных долях содержания топлива в смеси, либо коэффициентом избытка воздуха. Пределы воспламенения определяются экспериментально и их значения зависят от метода определения и условий эксперимента.

Объемная доля нижнего предела водородовоздушной смеси при нормальных условиях составляет 0,04—0,1, верхнего — 0,7—0,8, для бензина соответственно — 0,014—0,024 и 0,04-0,08, для метана -0,05—0,06 и 0,127—0,150.

С точки зрения моторных свойств топлива наибольший интерес представляет нижний предел воспламенения, так как он позволяет оценить степень эффективного обеднения топли-вовоздушной смеси и определяет способ регулирования двигателя. Для водорода он в несколько раз выше, чем для углеводородных топлив. Даже при низких температурах возможно качественное регулирование мощности двигателя, что позволяет получить высокую топливную экономичность по сравнению с бензиновым двигателем в широком диапазоне нагрузок и частот вращения.

Рис. 1. Зависимость между температурой и пределом воспламенения водорода в воздухе. 1 — Верхний предел, 2 — нижний предел.

Рис. 2. Температура воспламенения по Преттру.

Температура воспламенения. Под температурой воспламенения понимают температуру, при которой смесь после определенного воздействия воспламеняется и продолжает гореть Наиболее точные данные по температурам воспламенения водородовоздушных смесей можно найти у В. Иоста.

начения температур воспламенения для водородовоздушной смеси вблизи стехиометрического состава колеблются в широких пределах в зависимости от метода и условий исследования. Максимальное отклонение результатов превышает 500 °С, поэтому указать пределы температур воспламенения, соответствующие условиям воспламенения в ДВС, весьма трудно. Наиболее близкими, вероятно, следует считать температуры, полученные Диксоном и Крофтом по методу адиабатического сжатия. Они покачали, что с уменьшением концентрации водорода в воздухе температура воспламенения понижается. Это же подтверждается и результатами исследований Преттра (рис. 2).

Рис. 3. Зависимость температуры воспламенения водорода в смеси с сухим воздухом от давления (цифры на кривых — период индукции в секундах).

Определенное влияние на температуру воспламенения водо, родовоэдушной смеси оказывает давление, при котором она находится. Зависимость температуры воспламенения от давления (рис. 3), полученная Диксоном по методу смешения предварительно подогретых газов в концентрических трубках, показывает, что при снижении давления ниже 0,1 МПа температура воспламенения резко падает, а при давлении ниже 0,01 МПа воспламенение вообще оказывается невозможным.

Большие периоды индукции, полученные Диксоном, по мнению В. Иоста, определяются не столько химическими процессами, сколько качеством смесеобразования. Подтверждением этому могут служить данные Преттра и ряда других авторов, которые при весьма тщательных исследованиях водородовоз-душных смесей не смогли обнаружить заметных периодов индукции.

На основании анализа, проведенного выше, точно установить температуру воспламенения водородовоздушных смесей не представляется возможным, но можно оценить пределы, в которых она изменяется. При давлении р: = 0,1 МПа интервал температур воспламенения водорода в воздухе находится в пределах 530—630 0С, что несколько выше, чем у бензина.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДОРОДА В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Моторные свойства водорода позволяют сделать некоторые предположения о возможности и целесообразности применения водорода в качестве топлива для современных автомобильных двигателей.

Широкие концентрационные пределы сгорания водорода в воздухе (а = 0,15 — 10) дают возможность перейти к качественному регулированию двигателей, работающих по циклу Отто. Применение качественного регулирования значительно снизит насосные потери, что в сочетании с другими факторами (улучшением полноты сгорания, превосходным смесеобразованием и стабильностью состава смеси по цилиндрам) может существенно повлиять на увеличение эффективного КПД двигателя.

Известно, что степень совершенства любого двигателя определяется тем, насколько его реальный цикл соответствует теоретическому. Для ДВС с искровым зажиганием, работающих по циклу с подводом тепла при постоянном объеме, это соответствие определяется скоростью сгорания, так как теоретический Чикл предполагает мгновенный подвод тепла, т. е. бесконечную скорость сгорания. В этом плане реальный цикл двигателя при работе на водороде намного ближе к теоретическому, чем при работе на любом углеводородном топливе.

Широкие концентрационные пределы и высокая скорость сгорания водорода в воздухе дают возможность организовать качественное регулирование рабочего процесса двигателя, npj этом даже на полной нагрузке коэффициент избытка воздуха ниже единицы использовать нецелесообразно. Сравнивая КПД бензинового двигателя, для которого оптимальный коэффициент избытка воздуха равен 0,85—0,9, и водородного двигателя, можно отметить, что теоретически КПД последнего должен быть на 10—15 % выше. На частичных нагрузках в двигателе с количественным регулированием значительное влияние на снижение КПД оказывает дросселирование, этого можно избежать в водородном двигателе при качественном регулировании.

Наряду с указанным определенное положительное влияние на КПД водородного двигателя может оказать меньшая теплоотдача в стенки камеры сгорания вследствие более низкой из-лучательной способности водородного пламени по сравнению с углеводородным.

Высокие скорости сгорания водородовоздушной смеси в широком диапазоне коэффициентов избытка воздуха дают гарантию стабильного протекания рабочего процесса на всех режимах работы двигателя, однако при сгорании смесей, по составу близких к стехиометрическому за счет очень высокой ско-рости сгорания возможно резкое увеличение скорости нарастания давления в цилиндре по сравнению с циклом на бензине. Это в свою очередь предполагает более высокую максимальную температуру цикла водородного двигателя.

Более высокие температуры цикла и наличие свободного кислорода в камере сгорания (а = 1,0 — 1,15) на режимах полных нагрузок водородного двигателя должны способствовать более интенсивному образованию оксидов азота, чем в бензиновом двигателе. Однако на частичных нагрузках за счет качественного регулирования (а > 1,5) возможно резкое снижение эмиссии оксидов азота до незначительного уровня. Наличие каких-либо других токсичных веществ в отработавших газах водородного двигателя практически исключается. Это предполагает возможность создания экологически чистого автомобильного двигателя.

Учитывая широкие концентрационные пределы и высокую скорость сгорания водорода и его высокий коэффициент диффузии, он может быть использован в качестве добавки, инициирующей процесс сгорания бедных углеводородовоздушных смесей.

Применение водорода в качестве дополнительного топлива для бензиновых автомобильных двигателей открывает возможность принципиально нового подхода к организации рабочего процесса. При минимальной модификации современного бензинового двигателя, касающейся в основном системы питания, можно значительно повысить его топливную экономичность и резко снизить уровень токсичности отработавших газов.

Рис. 4. Сравнение способов хранения водорода и бензина: 1 — бензиновый бак; 2 — криогенный бак для Lh3; 3 — гндридный аккумулятор для FeTiHx; 4 — баллоны высокого давления (40 МПа); 5 — бак для Н2 при нормальных условиях.

Обсуждая возможности применения водорода для автомобильных двигателей, нельзя обойти такой важный вопрос, как хранение водорода на транспортном средстве.

В отличие от стационарных потребителей энергии и электрического транспорта, связанного с линией электропередачи, большинство транспортных средств требует аккумулирования и транспортировки на борту значительного количества энергии, необходимой для их движения. Сегодня задача аккумулирования энергии решается в основном за счет транспортировки на борту жидких углеводородных топлив.

Водород, в отличие от углеводородных топлив, имеет очень низкую плотность и при атмосферных условиях может существовать только в газообразной фазе. Это ставит проблему компактного хранения его на транспортном средстве, в частности на автомобиле.

ЭНЕРГОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОДОРОДНОГО ДВС

Энергоэкологические показатели ДВС существенно зависят от применяемого топлива. Объективно оценить эти показатели можно путем анализа термодинамических параметров рабочего тела на различных стадиях рабочего процесса. С этой целью были выполнены расчеты теоретического цикла ДВС с учетом равновесного состава продуктов сгорания на водороде, смеси бензина с водородом в различных соотношениях и на бензине в широком диапазоне коэффициентов избытка воздуха и степеней сжатия.

СОСТАВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

В процессе сгорания под действием высоких температур происходит термическая диссоциация (распад) сложных молекул на более простые молекулы, радикалы и атомы. При этом диссоциация сопровождается затратами энергии на разрыв молекулярных связей и увеличением энергии продуктов распада, что ведет к снижению максимальной температуры и полезного тепловыделения в циклах ДВС.

Вследствие диссоциации в составе рабочего тела увеличивается количество легких одно- и двухатомных газов, в результате чего его молекулярная масса снижается. Поэтому а случае изохорного процесса сгорания диссоциация ведет к увеличению давления продуктов сгорания. В свою очередь повышение давления при горении подавляет все реакции, протекающие с увеличением числа молей, и ведет к рекомбинации, т. е. к соединению ранее диссоциированных молекул и атомов.

Таким образом, степень диссоциации продуктов сгорания определяется двумя основными факторами — максимальной температурой и степенью повышения давления. Безусловно, определяющим фактором является температура. Состав продуктов сгорания в общем случае обусловливается в основном химическим составом топлива и составом топливовоздушной смеси, т. е. коэффициентом избытка топлива. При диссоциации па него оказывают существенное влияние температура и давление процесса сгорания.

На рис. 5 показаны зависимости равновесного состава продуктов сгорания от коэффициента избытка воздуха а для бен-зоводородовоздушных смесей. Поле, ограниченное кривыми концентраций компонента, например NO, соответствует его концентрации в продуктах сгорания бензоводородовоздушных смесей различного состава. Расчеты проведены при степени сжатия e = 8,5 и начальных параметрах рабочего тела Т — 320 К и Р — 0,08 МПа. Равновесный состав продуктов сго-рания водородовоздушной смеси содержит минимальное число компонентов.

Рис. 5. Равновесный состав продуктов сгорания бекзоводородовоз-душных смесей (сплошные линии — 100 % водорода; штриховые — 100% бензина). Рис. 6. Содержание радикалов в продуктах сгорания бензоводородо-воздушных смесей (сплошные линии — 100 % водорода; штриховые — 100 % бензина).

Увеличение доли водорода в составе условного топлива од. нозначно ведет к увеличению содержания оксидов азота в продуктах сгорания, в результате чего с уменьшением отношения С/Н изоконцентрационные уровни NO смещаются в область более бедных смесей. Однако, учитывая возможность значительного расширения пределов сгорания топливовоздушных смесей, обогащенных водородом, в область бедных составов, представляется возможным достичь очень низких уровней или исключить полностью оксиды азота из ОГ

Скачать полностью книгу (формат DJVU 1,7Mb) Автор — Мищенко А.И., Киев — 1984 г.

Какое топливо лучше для авто газ или бензин. Что лучше использовать: газ или бензин

Можно переоборудовать автомобиль для работы на газе в качестве топлива. А действительно ли стоит это делать и почему газ лучше бензина (дизеля)?

Давайте разберёмся. Установить ли газ на автомобиль или оставить на бензине?

Чтобы оценить преимущества работы автомобиля на газе, как для самого автомобилиста, так и для ДВС, необходимо понять саму «физику процесса».

Рассмотрим физико-химические свойства топлива: пропана, бутана, бензина и дизеля.

Как видно из таблицы, физико-химические свойства разных видов топлива значимо отличаются, что определяет разницу в степени воздействия на двигатель и эксплуатационные характеристики автомобиля.

Безопасность: сравним газ и бензин

И бензин, и газ и сам автомобиль являются источниками повышенной опасности. Это значит, что бывает, они горят, при наступлении определённых условий (удара, дтп, возгорания и.т.д.).

В таких условиях, можно говорить лишь об относительной безопасности всех видов топлива.

Наиболее безопасный среди рассматриваемых видов топлива — газ.

Это обусловлено более широкими пределами воспламенения газа, в сравнении с бензином. Предел воспламеняемости — это характерные для того или иного вида топлива граничные значения, при которых возможно самовозгорание смеси при соприкосновении определённых пропорций газовой или бензиновой смеси с воздухом.

Как ранее и говорилось, — горит всё, однако, бензин и дизель начинают горение уже при температуре около 250 градусов, в то время как температура возгорания газа порядка 550 градусов (!).

При возникновении значительной утечки (при нештатной ситуации) бензин загорится быстрее, чем газ, поскольку ему нужно меньшее количество воздуха для воспламенения. Пределы воспламеняемости газа: смесь пропан-бутана — 8,4-9,9% газа в воздухе, нижний предел 1,8-2,4%. Пределы воспламенения бензина в смеси с воздухом составляют соответственно 0,6-1,5%. Таким образом, пределы воспламенения газа на 15-20% выше по сравнению с бензином.

Газ — безусловный лидер по безопасности, исходя из своих физико-химических свойств.

Про дополнительные современные системы защиты газобаллонного оборудования, устанавливаемого на автомобиль, такие как мультиклапан, скоростной клапан, предохранительный клапан, который стравливает газ наружу и защищает баллон от разрушения — см. ГБО

Важно отметить, что такими современными средствами защиты бензиновая система попросту не обладает.

Влияние газа на двигатель

Газ или бензин: что лучше для мотора? Сейчас разберём.

Октановое число (ОЧ): чем выше октановое число, тем меньше детонационное воздействие на двигатель.

У газа октановое число много выше, чем у бензина. Это позволяет избавить двигатель от детонации и увеличить его мощность, за счёт увеличения степени сжатия двигателя.

В отличии от процессов сгорания бензиновой смеси, у газа более полное сгорание газовоздушной смеси. За счёт этого, имеющаяся масляная плёнка на цилиндрах (которая служит для их защиты) не смывается со стенок двигателя, а также уменьшается образование нагара в блоке, что в совокупности снижает изнашивание цилиндров и поршней двигателя.

При переходе двигателя автомобиля с жидкого топлива на газ, срок службы движка возрастает в 1,5-2 раза (согласно исследованиям газоприменения в автомобильной отрасли, выполненных ВНИИГАЗом, см. книгу: «Природный газ моторное топливо на транспорте», авторов И. Грищенко, Ю. Н. Васильев, Ф. Г. Гайнуллин, Л. С. Золотаревский).

Фактически, у двигателя автомобиля появляется «вторая жизнь». Это ответ на вопрос: «Что лучше для двигателя: газ или бензин?»

Кстати сказать, при работе автомобиля на газе, масло меньше «разжижается» и загрязняется, что позволяет менять его реже, а сам расход масла «на угар» снижается в среднем на 15%. Срок службы свечей зажигания увеличивается на 40% (до 85 тыс.км).

Эко-Логичность газа: отмечайте 20 новых праздников

В своём составе пропан, бутан и метан не содержат свинца, в отличии от бензина, что делает более чистым выхлоп автомобиля. Кроме того, в автомобилях, работающих на газе, до 90% снижена суммарная токсичность выхлопных вредных газов (окиси углерода, двуокиси азота, углеводородов СН и.т.д.).

Именно поэтому, в жизни автомобилистов, переоборудовавших свой автомобиль на газ появляется больше праздников: и Всемирный день охраны окружающей среды и День эколога и Всемирный день океанов и Международный день биологического разнообразия и ещё более 20 поводов для радости в году:)

Если праздники вы любите больше, чем будни, то очевидно, что в вопросе «что лучше газ или бензин?» — вы «за» газ!

Экономичность: расход газа и бензина

По топливной экономичности газ превосходит бензин и дизель.

Как уже говорилось ранее, октановое число выше у газа, что увеличивает степень сжатия двигателя и позволяет значимо снизить расход топлива.

Цена газа в России в 2,5 раза ниже, нежели розничная стоимость бензина.

Сравним расходы на газ и бензин (из расчёта 300 км пробега в неделю):

Итого : путешествия и рабочие поездки на газовом автомобиле, оборудованном ГБО обойдутся минимум втрое дешевле!

Счастье в газе

Очевидно, что газ лучше бензина для автомобиля.

Как только вы начинаете экономить на топливе, вы радуетесь.

Меньше нагрузки, чище работа — работе на газе порадуется двигатель вашего автомобиля.

Чище воздух вокруг — природа и соседи под окнами, которых вы «прогреваете» свой автомобиль — скажут вам «спасибо».

А когда вокруг всё хорошо, у ваших близких радость, вот тогда и вы — счастливы.

Вот поэтому, счастье — в газе!

По статистике большинство (более 90%) владевших ранее автомобилем на газе, устанавливают гбо и на все последующие свои автомобили.

Традиционно машины используют для своей работы бензин, но, исходя из его стоимости и ограниченности природных ресурсов, водители всё чаще переходят на газ. Чтобы понять, стоит ли так делать, нужно знать: газ или бензин, что лучше и какие в них скрыты недостатки.

Что стоит учесть

Покупая автомобиль, человек выбирает его исходя из своих предпочтений: вместительность, проходимость, дизайн и мощность. Но не каждый обращает внимание на , который будет использоваться. В свою очередь, этот показатель влияет не только на цену, но и на поведение машины на дороге.

Как правило, на рынок поступают автомобили с бензиновым или дизельным мотором. Газовые же установки встречаются в транспорте в качестве основной системы крайне редко. Они были созданы намного раньше бензинового движка, но признание получили только в наше время.

Важная жидкость

Практически каждый владелец автомобиля знает преимущества бензина. Да и конструкция такого двигателя рассматривается чаще всего. Из-за этого не составляет труда разобраться с поломками, которые наступают в период эксплуатации. Также большим преимуществом является присутствие большого количества заправочных станций.

При возникновении поломок не составит труда найти ближайший сервис. Ремонт достаточно прост. Если выбирать, что лучше, газ или бензин на авто, второй вариант отличается распространённостью и лёгкостью в обслуживании. Некоторые считают бензиновые моторы более опасными, но это наблюдается только с установкой ГБО низкого качества.

Чем он хуже?

Одним из самых существенных недостатков бензина считается его стоимость. Ежегодно она продолжает расти, и это не зависит от курса доллара или экономического положения стран. Поскольку природные ресурсы истощаются, тенденция и дальше будет продолжаться. Также на многих заправках можно наблюдать некачественную работу, когда в топливо подмешивают посторонние вещества, существенно снижающие характеристики бензина.

Окружающая среда также получает вред от бензиновых двигателей, ведь выхлопные газы сильно вредят природе. Для этого существуют специальные установки или гибридные модели, но они всё равно оказывают губительное действие на планету, выделяя испарения.

Использование газа

Газ представляет собой побочный продукт, который производится при переработке нефти. Он вызывает большой интерес у многих автомобилистов, ведь имеет заметную дешевизну. Также это дополняет пониженная вместительность окиси углерода, за счёт чего существенно снижается вред окружающей среде.

По данным статистики, машины, работающие , ломаются намного реже, чем те, что используют стандартное топливо. Доказано также, что на 15% снижается общий износ механизмов и практически полностью исключается их коррозия.

Достоинства альтернативного топлива особо заметны в летнее время, когда бензин под воздействием высокой температуры способен разогреваться, причиняя большие проблемы всему автомобилю. Газ же стабильно придерживает свои показатели температуры.

Виды и способы

Выявив желание перейти на газовое топливо, стоит задуматься о выборе баллонов. На практике их классифицируют на тороидальные и цилиндрические. Выбор зависит от индивидуальных особенностей машины. Цилиндрические обладают удлинённой формой и устанавливаются за креслами пассажиров. В отдельных случаях их можно крепить под днищем транспорта. Тороидальные — внешне напоминают запаску колеса и ставятся на его место, не занимая лишнего пространства.

Всё ли так хорошо?

Несмотря на все преимущества, установка газового оборудования обойдётся в большие деньги. К тому же это повлечёт за собой уменьшение свободного места внутри машины или багажника — газовый баллон достаточно габаритный. Правда, не удастся полноценно забыть о бензине. Он останется необходимым, когда требуется разогреть транспортное средство и запустить его. В период зимы без него и вовсе не удастся обойтись.

Также часто вызывает трудность восполнение запасов газа, ведь специализированные заправки в основном располагаются за пределами города. К тому же этот вид топлива снижает показатели мощности автомобиля и его скорости. Таким образом, теряется 7% продуктивного движения. Этот недостаток компенсируется возможностью регулировать сжатие газа.

Серьёзная проблема

Как отмечают многие автомобилисты, сравнивая газ или бензин, за и против, в первом случае может возникать эффект «обратного хлопка». Он имеет вид небольшого взрыва, который может нанести существенное повреждение транспортному средству. Такой недостаток наблюдается и с мотором, работающим от бензина, но в нём он не приносит большого вреда (максимум — разорванный воздушный фильтр).

Обратный хлопок возникает достаточно редко. Его можно предупредить, если следить за работоспособностью газобаллонной системы. Для этого нужно проводить регулярный осмотр машины и заправлять её только .

Сегодня нет определённой позиции — продолжать использовать бензин или же переходить на газ? Подобное решение зависит только от самого владельца автомобиля, который проявляет желание сэкономить деньги или довериться проверенному варианту.

Для тех, кто регулярно использует автомобиль, заправляться бензином становится большой проблемой. Газ считается куда более дешёвым, но его использование требует серьёзной переработки машины. Такая система должна устанавливаться только при наличии достаточного места и ресурсов.

Если вы найдете ошибку в тексте, выделите её мышью и нажмите Ctrl+Enter. Спасибо.

Сегодня мы поговорим про газ и бензин и что лучше для мотора.

Учитывая то, что цены на бензин постоянно растут, многие автолюбители уже начинают подумывать о том, чтобы перевести свой автомобиль на газ.

И действительно некоторые пользуются такой привилегией, причем появилась она уже более десяти лет.

Но до сих пор есть мифы и споры, которые противоречат друг другу.

Давайте разберемся, какие плюсы и минусы будут ожидать водителя, если он начнет заправляться газом?

Газ — плюсы

Несомненные достоинства такого перевода.

Достаточно низкая по сравнению с бензином. Газ дешевле бензина более чем на 30%.

Даже если авто будет расходовать газ больше, чем бензин на 30% и если добавить стоимость за установку оборудования, то все равно вы сможете окупить все расходы за несколько лет.

Такой вариант особенно хорош для тех, кто очень часто сидит за рулем. Употребление этого горючего возможно уменьшить.

Этим занимаются только профессионалы. Они регулируют газовое оборудование.

При газе выхлоп является наименее токсичным. Он, конечно же, чище, чем бензиновый, причем в три раза. И соответственно меньше урона окружающей среде.

Он меньше изнашивается в этом случае потому, что работа двигателя происходит тише и мягче.

Когда сгорает газовое топливо, то будет образовываться намного меньше золы, а также твердых частиц и нагара.

Благодаря всему этому цилиндры и поршни будут служить намного дольше. А также, уже не нужно будет платить много денег за дорогостоящую очистку или .

Масло для двигателя будет портиться не так быстро, поэтому менять его вы будете намного реже.

Не нужны частые дозаправки. У авто увеличится пробег в несколько раз без дозаправок, потому что будете пользоваться двумя топливными системами.

Наиболее эффективны ГБО последних поколений, пятого, шестого. Менее эффективны, но наиболее распространенные и относительно недорогие .

Является переходным между 2 – м и 4 – м и сейчас используется редко, из всех вышеперечисленных ГБО оно наименее эффективно.

Монтировалось оно на первые инжекторные машины, и как правило, устанавливалось самостоятельно.

Подводим итог

Что лучше газ или бензин извечно больной вопрос автомобилистов. На одной стороне чаши весов стоят: более дешевый газ, меньшая токсичность выхлопов, большая сохранность двигателя и меньший расход масла.

С другой стороны, нужно понимать, что расход газа больше, чем бензина, а поэтому окупаемость затрат на покупку и установку ГБО еще больше растянется во времени и займет не один месяц или год, все будет зависеть от того, сколько времени вы проводите за рулем.

Если у кого-то есть свое мнение на эту тему, будем рады выслушать его в комментариях.

Если в статье есть видео и оно не проигрывается, выделите любое слово мышью, нажмите Ctrl+Enter, в появившееся окно введите любое слово и нажмите «ОТПРАВИТЬ». Спасибо.

Сторонники и противники установки ГБО никак не могут решить вопрос, есть ли потери мощности при работе двигателя на газе. Чтобы получить компетентный ответ, мы провели специальный сравнительный тест.

Отношение к проблеме основано на субъективном мнении автовладельцев. Перед тем как установить на машину ГБО, они получают о нем всевозможную информацию из самых разных источников — в том числе и о потере мощности. Соответственно, ждут заметного снижения динамических характеристик. Но на самом деле его замечают не все, а кому-то вообще кажется, что машина стала «живее». Как это объяснить? Все очень просто — снижение или увеличение крутящего момента и мощности на несколько процентов невозможно обнаружить без специального оборудования.

Чтобы определить разницу в мощностных показателях при работе двигателя внутреннего сгорания на сжиженном газе и бензине, мы сравнили характеристики двух автомобилей с ГБО — с карбюраторной и инжекторной системами питания.

Выводы

Данные проверки позволили нам получить ответ на главный вопрос — мощность и крутящий момент двигателя, работающего на газе, действительно меньше. А насколько конкретно — это зависит от настроек ГБО. При желании мощностные характеристики мотора, работающего на газе, можно приблизить к параметрам бензиновых, но при этом эффект экономии заметно снизится, так как расход топлива существенно возрастает.

ГБО предназначено для экономии расходов на топливо. В погоне за мощностью эффект экономии пропадает.

Что касается утверждения некоторых новоиспеченных владельцев ГБО об увеличившейся мощности двигателя при работе на газе — такое возможно, но только в нескольких случаях. Например, если бензиновая система питания разрегулирована или неисправна, либо карбюратор «зажат» под экономию горючего, а газовое оборудование настроено под динамичную езду.

При установке ГБО на современные машины очень важны правильность подбора оборудования и квалификация мастеров. В этом мы тоже убедились на мощностном стенде, где после Chevrolet Niva и ВАЗ-21011 проверили Honda, оборудованную ГБО четвертого поколения. Высокооборотистый мотор этой машины на бензине раскручивался до 8700 об/мин, но на газе не смог выйти на этот режим и «потух» на несколько тысяч оборотов раньше. А произошло это потому, что такие двигатели требуют установки высокопроизводительных форсунок, которые способны подавать большое количество газа в очень узком временном интервале (для работы на оборотах выше 6000).

Мнение

К установке газобаллонного оборудования на конкретный автомобиль нужен индивидуальный подход. Обусловлено это тем, что моторы имеют разную степень форсировки, различные максимальные обороты, фазы газораспределения, алгоритмы топливоподачи и т. п. Индивидуально нужно подбирать и наиболее оптимальные по производительности и быстродействию газовые форсунки, а также выполнять настройку аппаратуры и ее установку. Особенно это касается машин, владельцы которых хотят получить минимальные потери мощности при работе на газе и максимальную экономию. Ошибки на любом из этапов установки ГБО приводят к повышенному расходу газа, необоснованному снижению мощности, снижению ресурса узлов и агрегатов как ГБО, так и двигателя авто. К сожалению, в Украине правильный подход в установке газобаллонного оборудования применяется не везде, так что при желании экономить на топливе необходимо найти хороших специалистов.

Тест-лаборатория

Мощностные характеристики двигателей проверяли в лаборатории столичной компании «Карсет», которая занимается чип-тюнингом. Нагружной динамометрический стенд VT4/B2 польской фирмы V-tech предназначен для определения мощности и крутящего момента двигателя, установленного на автомобиле. Точность измерений стенда — 0,1%.

Модель Сhevrolet Niva с 1,7-литровым инжекторным мотором оснащена ГБО 4-го поколения, т. е. с газовыми форсунками. Для достоверности полученных данных предварительно промыли бензиновые и газовые форсунки и заменили топливные фильтры. Измерения подтвердили информацию производителей и квалифицированных установщиков ГБО: мощностные характеристики мотора, работающего на газе, на 8-15% меньше, чем на бензине. После оптимальной настройки программы работы газовых форсунок мощность на разных оборотах оказалась ниже на 2-9 л. с., а крутящий момент — на 7-11 Нм. В экономичном режиме работы ГБО те же показатели уменьшились, соответственно, на 5-15 л. с. и 14-20 Нм.

ВАЗ-21011

В отличие от Chevrolet Niva, «ноль одиннадцатая» оснащена 1,3-литровым карбюраторным мотором, поэтому на ней установлено более простое ГБО второго поколения. Первая попытка измерить характеристики провалилась из-за экономичной настройки ГБО — двигатель раскручивался всего до 3500 оборотов, в то время как стенд рассчитан на работу в диапазоне до 5000 оборотов. Оперативное вмешательство специалиста по ГБО решило проблему, и мотор с легкостью раскрутился до 5500 оборотов. Самое интересное обнаружилось при проверке характеристик двигателя при работе на бензине. Крутящий момент и мощность во всем диапазоне отличались в пользу бензина всего на 3-6 Нм и 1-4 л. с. Объяснение оказалось простым — ГБО настроили на мощностной режим, а карбюратор «Солекс», который перед испытаниями перебрали, — на экономичный. Подобный режим работы ГБО, вполне понятно, требует и большего расхода сжиженного газа (в смешанном цикле не 9-10 л/100 км, а 11-12 л/100 км), и тем не менее газ при нынешней его стоимости 2,10-2,30 грн. (на 60% дешевле бензина) выгоднее в условиях интенсивной эксплуатации машины.

Что выгоднее? Газ или бензин?

На какие только ухищрения не пойдёт автолюбитель для того, чтобы заставить мотор своей машины работать с меньшим расходом топлива, и вот здесь у бензина в наши дни появляется всё больше «конкурентов». Один из таких видов горючего, уже прочно зарекомендовавший себя на наших российских дорогах, — это сжиженный газ.

Так чем же лучше пользоваться – пропан-бутаном или же бензином? Чтобы лучше понять все «за» и «против», стоит рассмотреть такое противостояние бензина и газового двигателя и вычислить все преимущества того и другого.

Прежде всего, если установить на свою машину конструкцию для подачи газового топлива, — что поменяется? В целом — ничего, но появится специальный вентиль для отключения подачи бензина. Всё остальное при установке ГБО (газобаллонной аппаратуры) не изменится, так как она разработана как ДОПОЛНЕНИЕ, и её всегда можно открутить и убрать, если вы решили от неё избавиться. Зато положительный момент очевиден – после установки таких деталей авто сможет использовать оба вида горючего.

В чём выгоды подобной конструкции?

Понимание приходит при сравнении, к примеру, цен. В основном, именно дешевизна газа – причина того, что устанавливается именно эта аппаратура. Кроме того, отсутствует детонирование, а многие детали двигателя, например, цилиндры и поршни прослужат намного дольше, потому что газ сгорает более равномерно; замена масла требуется гораздо реже, да и выхлопные газы гораздо менее вредны.

В чём минусы этого вида питания для авто?

• Во-первых, иногда нужно делать слив конденсата из редуктора;
• Во-вторых, баллоны находятся в багажнике, и, как ни старайся, их никуда не денешь;

Есть и другая, тороидальная, разновидность резервуаров, их устанавливают в специальную нишу, но их стоимость намного выше. Газобаллонная аппаратура утяжелит ваше авто на двадцать-сорок килограмм. Зимой газовый двигатель откажется работать. Фильтр воздуха необходимо заменять в три раза чаще, и очереди, чтобы заправиться, ПРОСТО ОГРОМНЫЕ! Да, немного у нас в России подходящих мест, где можно получить это топливо…Тем не менее, вы можете преодолеть в 1500 км совершенно спокойно, используя ТОЛЬКО ГАЗ. Только не забудьте взять с собой список мест для заправки в целях удобства.

Само устройство ГБО намного более простое, нежели питание от бензина. Газ располагается в специальных ёмкостях, которые установлены в багажнике. Не нужен даже насос, так как вещество под давлением само поступает в редуктор, где происходит испарение, и уже в парообразном виде оно идёт в устройство для образования смеси с воздухом. Далее – дозатор, регулирующий подачу.

Перед редуктором также находится особый клапан для прекращения поступления газа. В пассажирском салоне есть специальный тумблер газ/бензин, который может перекрыть все виды питание. Если зажигание выключено, то оба клапана перекрыты. Такое оборудование, конечно, имеет свою цену, которая меняется со временем, но срок окупаемости тоже известен и лежит где-то в пределе от пятнадцати до тридцати тысяч километров пробега. Кроме того, необходимо упомянуть, что ломаться здесь почти что нечему, кроме клапанов и некоторых других деталей, которые служат по три-четыре года.

Если же у людей присутствует страх, что оборудование может взорваться, — да, это возможно. Но в этом случае появляется запах газа, который служит самым надёжным указателем неполадок, ведь он очень силён! В случае, если появилась «вонь», нужно сразу остановиться, перекрыть вентили подачи газового топлива, а дальше можно ехать на другом горючем, как обычно.

Относительно правильной эксплуатации вывод следующий: заводить надо с помощью бензина. Если стартовать на газе, то двигатель тоже заведётся, но редукторные мембраны будут служить меньше. Переключаться с бензина на альтернативу лучше всего уже во время поездки. Перед любой долгой стоянкой используйте бензин.

Сливайте конденсат через каждую тысячу километров. Это достаточно простая операция – открутить винт, и после выполнения операции завернуть его назад. Место расположения такой гайки нужно спросить у тех, кто будет устанавливать всё оборудование.

В общем, как можно видеть, эксплуатация не причиняет значительных проблем. Два недостатка – время ожидания на заправке и необходимость возить ёмкости с горючим в багажнике – с лихвой окупаются преимуществами такого способа питания. Можете смело выбирать такое дополнение, и у вас появятся дополнительные возможности!

Водородное топливо плюсы и минусы: Как работают водородные автомобили » 1Gai.Ru

В 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 большинство стран 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 бензиновым автомобилям скорее всего придут гибриды и электрокары. Но не стоит сбрасывать со счетов и другие автомобили, которые могут работать на альтернативных источниках энергии. Давайте рассмотрим например, водородные автомобили, которые возможно рано или поздно смогут вытеснить с авторынка весь существующий ныне автотранспорт. Мы расскажем вам о том, как работают водородные автомобили, о их плюсах и минусах, сравним их с бензиновыми, дизельными и электрическими автотранспортными средствами.

Принцип работы

Это химическая реакция происходящая в водородном топливном элементе.

Водородные автомобили, которые начала серийно выпускать автопромышленность, в качестве своего альтернативного источника топлива используют как известно, водород, который взаимодействуя с кислородом превращается в водяной пар, а в результате этого выделяется уже энергия. Эта энергия в водородном автомобиле обычно направляется либо на электродвигатели, либо на аккумуляторную батарею, которая затем и питает электродвигатель машины.

На основе этой технологии возможно построить и двигатель внутреннего сгорания, который сможет работать на том же водороде и будет аналогичен моторам, которые работают на бензине.

Преимущества

Подобно электромобилям данные транспортные средства, что работают на водородном топливном элементе, не выделяют углекислого газа. В результате этого получается, что водородные автомобили не способствуют глобальному потеплению или загрязнению атмосферы воздуха.

Нынешние водородные автомобили стали практически бесшумными, а это также является хорошим преимуществом перед автомобилями, которые оснащены двигателями внутреннего сгорания (ДВС). К сожалению, но увы, в мире пока не существует оснащенных ДВС машин, которые работали бы совсем бесшумно.

Смотрите также: Водород в автомобилях: Опасности и сложности использования

Поскольку в автомобилях с водородным топливным элементом используются только электродвигатели, то в этих видах автотранспорта максимальный крутящий момент доступен сразу, т.е. с 0-ых оборотов в минуту работы двигателя.

Водородные автомобили, в отличие от электрокаров и обычных бензиновых транспортных средств могут иметь более широкий диапазон работы, 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 заправленного водородом, автомобиль имеет гораздо больший запас хода, чем электрокар. В итоге получается, что водородные автомобили больше подходят для длительных поездок и на длительные расстояния в сравнении с электромобилями, которые рассчитаны как известно для передвижения на небольшие расстояния.

Недостатки

Основным недостатком водородных автомобилей является то, что такое топливо как водород, чрезвычайно сложно и трудно хранить. Чтобы заправить нормальное количество водорода в резервуар, его необходимо для начала сжать, примерно до 700 бар. А для сжатия водорода потребуется энергия. Кроме того, чтобы храненить водород под высоким давлением, требуется тяжелый усиленный высокопрочный резервуар, чтобы это легкоиспоряемое топливо не представляло ни какой опасности всей окружающей среде .

Таким образом, в случае такой утечки или разгерметизации баллона с водородом всегда существует огромный риск, что газообразный легковоспламеняющийся водород воспламениться или хуже того, возьмет и взорвется.

Что касаемо его производительности, то водородные автомобили с ДВС работающие на водороде, нуждаются в гораздо большем объеме количества воздуха, если сравнивать их с бензиновыми автомобилями. Вот например, идеальное химическое соотношение воздуха с топливом для бензиновых моторов составляет около 14,3 к 1, а для водородных автомобилей это соотношение уже будет составлять примерно 38 к 1. Однако при таком соотношении водорода и кислорода водородные двигатели внутреннего сгорания сжигают топливо при очень большой температуре, что приводит к разрыву тройных связей азота в воздухе и в результате этого начинает образовываться закись азота (да, это так и есть, образуется тоже вещество, которое выбрасывается в атмосферу при работе дизельного мотора). Это вещество является одним из самых вредных загрязнителей окружающей природы.

Чтобы уменьшить уровень вредных выбросов в ДВС который работает на водороде необходимо, чтобы соотношение между водородом и кислородом увеличилось почти до 80 к 1. Но вместе с этим, ДВС работающий на водороде потеряет большое количество своей мощности в сравнении с аналогичными бензиновыми моторами. Дело здесь вот в чем, как мы уже ранее сказали, водород является более энергоемким топливом по сравнению с бензином.

Один из способов обойти подобный неблагоприятный эффект, это использовать для максимальной мощности твердый топливный элемент, который будет давать энергию электромоторам, которая потребуется в тех случаев, когда автомобилю будет нужна максимальная мощность. То есть, как вы уже поняли идея заключается в том, чтоб в данном автомобиле при небольшой мощности и нагрузке в качестве альтернативы использовать водородное топливо а не бензин, которое и будет питать ДВС. Для максимальной же мощности в действие вступит уже аккумулятор, который и будет подпитывать электродвигатель.

Другой проблемой для такого типа двигателей является тот факт, что водород чрезвычайно энергоемкое вещество, т.е. топливо. Если сравнивать его с бензином, то в 1 литре водорода содержится всего около 30% энергии в отличие от того же бензина. Соответственно, что запас хода водородного автомобиля на одном полном заправленном баке будет небольшим, если его сравнивать с бензиновой машиной.

Водородные автомобили (не важно какую технологию они используют: топливный элемент или же водород, который используется напрямую вместо бензина в качестве топлива) так же как и бензиновые транспортные средства не так эффективны, если например их сравнивать с электрокарами. КПД водородных автомобилей составляет примерно 30 — 50%, что сопоставимо с бензиновыми автомобилями. А это почти на половину меньше, чем КПД электрических автотранспортных средств.

Это может означать или означает следующее, что сами водородные автомобили как и бензиновые, основную и большую часть своей энергии теряют в процессе обработки так называемой тепловой выделяемой энергии.

Есть еще один серьезный минус таких машин, которые работают на водородном топливном элементе. Этот тип или вид машин не очень-то приспособлен работать при холоде.

Откуда же берут водород?

Существует два основных способа получения водорода. Первый включает в себя следующее, а именно, взаимодействие паров с метаном (природным газом) в результате чего получается водород и двуокись углерода.

При таком способе получения водорода, существуют две проблемы. Первая, -при этом процессе выделяется углекислый газ, который является парниковым газом наносящим вред атмосфере планеты. Вторая, -газ метан является ископаемым топливом и он 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 нашему сожалению для этого процесса необходимо слишком много энергии, которая не будет потом возобновлена на все 100%. Кроме того, в процессе получения чистого водорода происходят некоторые косвенные выбросы углекислого газа.

Смотрите также: Почему двигатели V4 редко встречаются в автомобилях?

В том числе, в процессе получения водорода часть энергии топлива теряется, что делает водородные автомобили менее эффективными в сравнении, например с тем же электрическим транспортом.

В заключительном итоге, в водородных автомобилях топливо стало обычным источником подзарядки аккумуляторных батарей, которые в свою очередь и питают сам электромотор. Тут есть все очень просто. Энергия от водорода поступает в так называемый накопительный аккумулятор, чтобы поддерживать уровень заряда самой батареи, который постоянно снижается из-за питания электродвигателя. Вот и вся хитрость.

Какие водородные автомобили сегодня продаются на мировом авторынке?

Прямо сейчас, единственным массово серийным водородным автомобилем, который можно купить и приобрести, является Toyota Mirai. В настоящий момент эта машина продается в США, в Японии и в некоторых странах Европы и ОАЭ. По имеющимся сегодня данным Японская компания продала уже более 3000 тысяч автомобилей. К большому сожалению этот водородный седан стоит очень дорого.

В среднем его цена- 60 000 долларов США. И эти деньги вы должны выложить и отдать за автомобиль мощностью всего в 152 л. с., где максимальный запас хода равен 500 км, и те только при идеальных условиях езды. В среднем автомобиль может проехать, где-то 300 км, что сопоставимо с автомобилем седан Tesla Model S. Так что запас хода этого водородного автомобиля не очень-то впечатляет.

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

В мире существуют еще две серийные водородные модели автомобилей. Речь идет о Honda Clarity и Hyundai Tucson FCEV. Но эти машины доступны для граждан только в нескольких странах мира, и то в ограниченном тираже.

Недавно, компания Mercedes на автосалоне во Франкфурте представила на всеобщее обозрение свой первый серийный водородный кроссовер, под маркой- GLC, который в скором времени будет доступен для покупки его во всех странах Евросоюза.

Таким образом вы убедились, что выбор водородных авто не так уж на сегодня и богат даже в его глобальном мировом масштабе. Но тем не менее, мировая автопромышленность не стоит на месте, в настоящий момент уже многие автомобильные компании занимаются своими разработками и исследованиями в этой области автомобилестроения.

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

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

В том числе активные разработки водородных автомобильных технологий ведет и компания Mazda. Вот например, у известного Японского бренда есть новая разработка роторного мотора, который способен работать на водородном топливе. Подобная технология была также использованна и на прототипе автомобиля RX-8 Hydrogen RE. Эта машина может работать и на водороде, и на бензине. Правда при работе на водороде мощность машины существенно падает и состовляет всего 109 л.с.

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

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

Вывод

Итак, самый существенный вопрос, который волнует сегодня миллионы человек на Земле. Будут ли водородные автомобили в будущем жизнеспособными? И другой немало важный вопрос. Смогут ли они заменить все ныне существующие автомобили?

Однозначно, что на эти вопросы сегодня вам никто не ответит: ни великие инженеры и автоконстукторы, ни физики и ни химики, даже самые известные всему миру фантасты не смогут сегодня дать ответ на эти конкретно поставленные вопросы..

А спрогнозировать заранее на чем будут ездить люди во всем мире примерно через 100 лет, просто невозможно.

Лично мы со своей стороны считаем, что водородные автомобили никогда не смогут стать нашими основными транспортными средствами и заменить традиционные автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Ведь такие автомобили недостаточно эффективны. Кроме того, во всем мире под водородные автомобили нет необходимой инфраструктуры, а чтобы ее развить до уровня бензиновых и дизельных АЗС, потребуется не одно столетие и огромные инвестиционные средства.

Сегодня использование электричества в плане топлива для автомобилей, более предпочтительно. Ведь согласитесь, что использование напрямую электричества для питания электродвигателей куда логичней, чем использование преобразования воды в водород и обратно только с одной целью,- подпитывание или питание аккумуляторных батарей. Причем надо не забывать, что при данном процессе теряется до 50% всей энергии. Согласитесь, это не очень впечатляет.

Тем не менее мы хотим сказать, что водородные автомобили могут использоваться например, в тех же самых автогонках электрокаров, где поддерживать нужный уровень заряда аккумулятора является главной задачей всех спортивных команд. Используя водород во время таких гонок, т. е. гонок электрокаров, командам не нужно будет часто менять аккумуляторы, что естественно увеличит саму зрелищность этих соревнований.

Автомобиль на водороде. Пора ли прощаться с бензином? / Блог компании Toshiba / 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 с

Водородный автомобиль — плюсы и минусы

Чистый водород превратился в идеальное топливо для автомобилей. Большой энергетический потенциал водорода и наличие возобновляемых источников водорода соответствуют требованиям современных потребителей. Однако водород обладает своими недостатками.

Ученые прилагают много усилий для того, чтобы преодолеть эти недостатки, чтобы сделать водород заменой обычным энергоносителям. Рассмотрим, какими преимуществами и недостатками отличаются автомобили использующие водород в качестве топлива.

Среда

Использование водорода как топлива для ДВС не вызывает загрязнение природы выхлопными газами. Конечно, машина может все еще загрязнять воздух другими источниками (например, сжигая смазочное масло), однако, водород, как топливо, не приводит к загрязнению окружающей среды. Когда водород соединяется с воздухом, происходит их сгорание с созданием воды.

Возобновляемость

Водород — это возобновляемый источник топлива. При его сжигании, происходит образование воды. Она может состоять из составных элементов (водорода и кислорода), способствуя производству большего количества атомов водорода. При этом цикл не нарушается, так как он не сопровождается химическими изменениями, устраняющими добычу водорода. По сравнению с нефтехимическими продуктами, водородом можно эффективно и многократно пользоваться как источником топлива для автомобиля.

Доступность

Автомобили на водородном топливе более доступны в последнее время, но сильно отстает инфраструктура по их обслуживанию. Водород закачивается в автомобиль не в качестве газа, а как криогенная (холодная) жидкость. Чтобы найти заправочную станцию с водородом нужно преодолеть достаточно большие расстояния. В большинстве российских регионов нет достаточных условий для эксплуатации водородных машин, заправки расположены друг от друга на далеком расстоянии.

Производство водорода не бесплатно. Чтобы перегнать водород требуются большой расход энергии. Электрическим током во время прохождения по воде создается кислород и свободный водород. Затем водород поднимается выше, чем кислород, собирается и сжижается. Процесс электролиза и сжижения водорода является энергоемким процессом. Это сказывается на доступности водорода на рынке.

Коррозия

Водород — это летучий элемент, легко объединяемый со многими другими элементами. Это объединение вызывает различные эффекты от взаимодействия с металлами и другими материалами. Чистым водородом быстро разъедаются металлы, а инженерные решения данной проблемы сказываются на повышении стоимости водородных машин. Решить проблему простой заменой водородом бензина не получится. Двигатели, системы и топливные баки должны специально проектироваться и изготавливаться для использования водородного топлива.

Водород как топливо для автомобиля

Водород практически не встречается в природе в чистой форме, поэтому первая проблема, которая стоит перед одним из видов топлива будущего — получение.

Вопреки распространенному стереотипу электролиз (химический процесс, возникающий при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита и приводящий к выделению на электродах его составляющих веществ) не единственный метод производства водорода, хотя именно его предлагают применять в бытовых электролитерах.

Об использовании водорода на службе автомобиля и начальную информацию о методах получения водорода читайте далее.

Как получают водород для использования в качестве топлива для автомобиля

Водород можно получать паровой конверсией — выделением чистой его формы из летучих углеводородов, чаще всего для этого используют метан, данный способ является наиболее дешевым.

Газификация угля также дает свои «водородные плоды» за счет преобразования твердого и жидкого топлива в горючие газы.

За производство водорода посредством термического разложения воды (пиролиза) ратуют британцы, мотивируя это тем, что сырьем в подобном случае может являться обычный мусор.

Еще одними из способов добывания водорода являются частичное окисление и группа биотехнологических методов.

Последние используют явление выделения водорода микроорганизмами (например, некоторыми водорослями при недостатке кислорода и серы), либо разложение воды с участием все тех же микроорганизмов. Благодаря использованию катализаторов эффективность последнего метода можно увеличить на треть.

Как хранят добытый для использования в автомобилях водород

Следующий задачей для водородной энергетики является процесс хранения водорода, оно возможно в трех формах: в виде сжатого газа, в сжиженном или адсорбированном состоянии, когда газ удерживается в поглотившем его веществе.

Так или иначе в каждом из этих случаев приходится решать определенную проблему: сжатый газ, несмотря на свою плотность, все-таки занимает немало места, жидкий — требует низких температур, а в случае третьей формы — это поиск подходящего материала для удержания летучего топлива, обладающего высокими поглощающими свойствами и подходящими условиями аккумуляции газа (в основе своей это углеродные наноструктуры с различными вариациями).

Заправка автомобиля водородным топливом

Следующий этап в транспортировке водорода к конечному пользователю — заправка. Различают мобильные, стационарные и домашние заправочные системы. В основном в них используется газообразный водород, хотя есть и станции, работающие с жидким топливом. В данном случае все зависит от автомобиля. Например, BMW Hydrogen 7 потребляет наряду с бензином жидкий водород, а вот его конкурент от General Motors — Opel Zafira Hydrogen 3 использует 2 бака под сжатый и сжиженный газы.

Проблемы продвижения водорода как топлива

Вообще заправочная инфраструктура — один из камней преткновения для водородной отрасли: чтобы автомобили на водороде стали популярны, для них нужна обслуживающая система, а чтобы создать эту систему, необходимо достаточное количество ее пользователей.

Что в конечном итоге сдвинет с мертвой точки решение этой проблемы — покажет время, но как и всегда вся надежда возлагается на науку, хотя здесь уже возникнет другая дилемма: наука нуждается в финансировании, а инвесторам в свою очередь нужна гарантия результативности и востребованности открытий.

Преимущества и плюсы водорода как топлива для продавцов

Из привлекательных факторов водородной инфраструктуры можно выделить время заправки автомобиля — оно составляет обыкновенно 3-5 минут (1 кг топлива по данным американских ученых необходим для 96 км пробега).

Также определенно стоит подчеркнуть, что на первых порах малые и средние заправки могли бы совмещать в себе функции производства, хранения и передачи топлива потребителю, тем самым исключив расходы на транспортировку. Однако чем больше водородных автомобилей будет появляться, тем большие размеры заправочных станций будут востребованы.

Особенности потребления водородного топлива

Наконец, пришло время поговорить об особенностях потребления водородного топлива.

Во-первых, на радость борцам за экологию снижается выброс углекислого газа и вредных продуктов сгорания в атмосферу, здесь необходимо сделать ремарку о том, что данное положительное явление может нивелироваться, если для производства самого водорода будут использоваться грязные источники энергии, так что как ни крути, а водородное дитя требует более нежного обращения, если люди хотят, чтобы из него кое-что получилось в будущем.

Во-вторых, с использованием водорода экономики стран могут стать менее зависимыми от роста цен на энергоносители.

В-третьих, КПД водородного двигателя составляет 45%, что больше, чем у его дизельного аналога. Хотя мощность первого меньше, чем у второго на 20-30%, кроме того, водород может существенно увеличить износ деталей двигателя за счет вступления в реакции с материалами, из которых они изготовлены.

Безопасность водорода как топлива для автомобиля

Далее, не следует пренебрегать вопросом безопасности — водород летуч и легко воспламеняем: закрытое пространство автомобиля может заполниться опасным газом, а уже одно то, что смесь водорода и воздуха является взрывоопасной, способно напрочь оттолкнуть от его использования. Однако не следует слишком критично относиться к этим замечаниям, все знают, насколько опасны АЭС при возникновении проблем в их эксплуатации, и тем не менее они считаются самыми чистыми производителями электроэнергии.

Кроме того, не обязательно вообще кардинально менять автомобиль и вид топлива, сегодня уже есть возможность использовать гибридный транспорт, в котором, например, используется смесь водорода и дизельного топлива, что с одной стороны сокращает его расход, а с другой — уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу.

Также никто не запрещает использовать водород в других транспортных системах, скажем, железнодорожной и морской: здесь не так важна компактность топливных емкостей, а в случае применения водорода в качестве топлива, например, для подводных лодок, они приобретают существенный козырь — практически полное отсутствие шумов.

Вывод о водороде как о топливе для автомобиля

Водородной отрасли нужно дать время развиться, хотя сегодня оно как никогда напоминает ускользающий через пальцы песок, потому как уже появляются автомобили на гибридных электро-дизельных или электро-азотных двигателях, а также работающие на сжатом воздухе. Конкуренция на рынке энергоносителей крайне высока и вряд ли уменьшится в ближайшее время.

Водородное топливо: что это, плюсы и минусы

В Испании, где я сейчас живу, довольно много электромобилей — встречаю их практически каждый день, как на дорогах, так и на станциях для зарядки. И каждый год электрокаров становится все больше (не только в Испании, конечно). Но есть и альтернатива — автомобили на водородном топливе, которые тоже не загрязняют природу, поскольку их выхлоп — вода. Тема сегодняшней справочной — водородные машины, принцип их работы и перспективы.

Когда появились первые автомобили на водороде?

Изобрел двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, Франсуа Исаак де Ривас (François Isaac de Rivaz) в 1806 году. Водород он получал с помощью электролиза воды. Поршневой двигатель, который создал изобретатель, называют машиной де Риваса (De Rivaz engine). Зажигание было искровым, двигатель имел шатунно-поршневую систему работы. Ну а цилиндр приводился в движение детонацией смеси водорода и кислорода электрической искрой — ее приходилось генерировать вручную в момент опускания поршня. Через два года этот же изобретатель построил уже самодвижущееся устройство с водородным двигателем. Но более-менее широко применять водород для работы автомобильных двигателей стали много лет спустя. В 1941 году в блокадном Ленинграде автомобильные двигатели ГАЗ-АА были модифицированы инженер-лейтенантом Б. И. Шелищем. Движки управляли лебедками аэростатов заграждения (их заправляли водородом, и запасов газа в Ленинграде было много), но это были автомобильные двигатели. Кроме того, были модифицированы и несколько сотен движков в автомобилях. Начиная с 1980-х сразу в нескольких странах, включая США, Японию, Германию, СССР и Канаду стартовало экспериментальное производство по созданию автомобилей, работающих на водороде, бензин-водородных смесях и смесях водорода с природным газом.

В 1982 году нефтеперерабатывающий завод «Квант» и завод РАФ разработали первый в мире экспериментальный водородный микроавтобус «Квант-РАФ» с комбинированной энергоустановкой на основе водородо-воздушного топливного элемента мощностью 2 кВт и никель-цинковой аккумуляторной батареи емкостью 5 кВт*ч.

На протяжении многих лет такие автомобили разрабатывали в разных странах по большей части в качестве эксперимента. После того, как концепция «зеленого» автомобиля стала популярной, автомобилями на водороде заинтересовались крупные корпорации вроде Toyota. Начиная с 2000-х, автомобильные компании стали разрабатывать концепты коммерческих авто.

А где брать водород?

Водород можно получать разными методами:

• паровая конверсия метана и природного газа;
• газификация угля;
• электролиз воды;
• пиролиз;
• биотехнологии.

Наиболее экономичным способом производства водорода сейчас считается паровая конверсия.

Так называют получение водорода из легких углеводородов (метан, пропан-бутановая фракция) с использованием парового риформинга. Риформингом называют процесс каталитической конверсии углеводородов в присутствии водяного пара. Водяной пар смешивается с метаном при высокой температуре (700–1000 Сº) и большом давлении с использованием катализатора.

При паровой конверсии водород получать дешевле, чем используя любые другие методы, включая электролиз. Наиболее безвредный способ производства водорода — электролиз — получение водорода из воды с использованием электрического тока. Чистота выхода водорода близка к 100%.

Если не считать загрязнение для получения электричества, такие установки почти безвредны для окружающей среды, поскольку в процессе работы выделяются только водород и кислород. Еще один безопасный для окружающей среды способ получения водорода — реактор с биомассой. Источник Производить водород можно и на крупной фабрике, и на относительно небольшом предприятии. Чем масштабнее производство — тем ниже себестоимость газа. Но зато в первом случае увеличиваются расходы на доставку водорода к местам заправки машин.

Как работает топливная система и какие есть варианты?

Лучше всего рассмотреть принцип работы такой системы на примере серийных водородных авто Toyota Mirai. Основа — топливный элемент, электрохимическая система, преобразующая частицы водорода и кислорода в воду. Внутри такого элемента — протонпроводящая полимерная мембрана, которая разделяет анод и катод.

Обычно это угольные пластины с нанесенным катализатором. На катализаторе анода молекулярный водород теряет электроны, катионы проводятся через мембрану к катоду, а электроны отдаются во внешнюю цепь. На катализаторе катода молекулы кислорода соединяются с электроном и протоном, образуя воду.

Пар или жидкость — это единственный продукт реакции. Преимущество топливных ячеек на основе протонообменных мембран — высокая удельная мощность и относительно низкая рабочая температура. Они быстро греются и почти сразу после старта начинают производить энергию. В Mirai используются топливные элементы с высокой удельной мощностью на единицу объема (3,2 кВт/л), максимальная их мощность 124 кВт. Произведенный топливным элементом постоянный ток преобразуется в переменный с одновременным повышением напряжения до 650 В. Электричество поступает в литий-ионный аккумулятор. Для движения машина расходует запасенную в нем энергию. Водород в топливный элемент Mirai поступает из баллонов высокого давления (около 700 атм). Блок управления в автомобиле контролирует режим работы топливного элемента и зарядку/разрядку аккумулятора.

По данным Toyota на 100 км пути Mirai требуется до 750 граммов водорода. Владельцы Mirai говорят о примерно килограмме водорода на 100 км пути.

Такие автомобили опасны? Почему?

Поскольку водород — горючий газ, то транспортировать и хранить его нужно осторожно. Нужны высокочувствительные газоанализаторы, которые смогут дать сигнал в случае утечки. Правда, водород очень летучий газ (ведь это самый легкий химический элемент) и при попадании в атмосферу водород быстро поднимается вверх.

Сгорает он очень быстро. Дирижабль «Гинденбург» горел всего 32 секунды. Благодаря скоротечности пожара погибли далеко не все пассажиры, выжили 62 человека из 97, находившихся в гондоле дирижабля.

Тем не менее, если автомобилей на водороде станет много, то потребуются новые меры безопасности движения на дорогах. Машины с ДВС тоже опасны — в случае аварии и пробоя бака бензин или дизельное топливо вытекают на дорогу и могут воспламениться. Если будет пробит бак с водородом, газ очень быстро улетучится. Но если близко будет источник открытого огня или искр, водород может загореться.

В Mirai и других моделях водородных авто используются очень прочные баки для водорода. Toyota сделала свои баки пуленепробиваемыми, их стенки из сверхпрочного волокна выдерживают выстрелы из крупнокалиберного оружия. Для тестов компания наняла снайперов и пробить бак смогла только пуля калибром .50 после двойного попадания в одно и тоже место. Если соблюдать меры безопасности, водородные автомобили не опаснее машин с ДВС.

Какой срок службы у топливных ячеек?

Пока что такая информация есть лишь для Mirai. Toyota заявляет, что одна ячейка гарантированно будет работать на протяжении 250 000 км. Затем, если работа ячейки ухудшается, ее можно заменить в сервисном центре.

Какие компании уже выпускают или собираются выпускать автомобили на водороде?

Водородные машины разрабатывают Honda, Toyota, Mercedes-Benz и Hyundai — у этих компаний уже есть готовые транспортные средства. Другие показывают пока лишь концепты (впрочем, рабочие) или просто красиво отрендеренные картинки.

К числу первых можно отнести Audi и Ford, к числу вторых — BMW (справедливости ради нужно сказать, что в 2007 году BMW выпустила партию из 100 экспериментальных «водородных» моделей, которые так и остались экспериментом) и Lexus.

В серию запущены пока лишь Toyota Mirai и Honda Clarity. Их можно приобрести в США и Европе.

Сколько это стоит?

В настоящий момент водородные автомобили немного дороже обычных в плане эксплуатации.

Так, при поездке в Европе протяженностью 480 км затраты на горючее для владельца обычной машины составят примерно $45, а вот владелец Mirai заплатит около $57.

И это при том, что правительство некоторых стран субсидирует производство водорода для машин. Стоимость 1 кг водорода составляет в среднем $11.45.

Чем водородные авто лучше электромобилей?

Собственно, вопрос не совсем корректный. Дело в том, что и автомобиль на водороде, с топливной ячейкой, и «чистый» электрокар — это электромобили. Просто в одном случае машину заправляют водородом, во втором — электричеством. Если сравнивать стоимость большинства электромобилей и Toyota Mirai, то они сравнимы, это несколько десятков тысяч долларов США.

Стоимость Hyundai ix35 Fuel Cell составляет около $53 тыс., Toyota Mirai — $57 тыс., Honda Clarity — $59 тыс. Стоимость электрокаров Tesla начинается с $45 тыс. (базовая комплектация с прайсом в $35 тыс. пока доступна лишь для предзаказа). Электромобили от BMW стоят около $50 тыс.

Водородные автомобили быстро заправляются — на это уходит всего 3–5 минут, в отличие от электромобилей, где нужно от получаса до нескольких часов для подзарядки. Основное достоинство водородного транспорта в том, что топливные ячейки служат много лет и практически не нуждаются в обслуживании. Если взять «чистый» электромобиль с его огромной батареей, то ее срок службы всего 1–1,5 тыс.

циклов, то есть 3-5 лет. Причем водородный автомобиль без проблем будет работать на морозе (заводиться в том числе), а вот аккумулятор электромобиля потеряет заряд.

Какие перспективы у водородных машин и когда их можно будет увидеть на дорогах?

Водородные автомобили уже колесят по дорогам Европы и США (возможно, единичные экземпляры есть и в других регионах). Но их немного — несколько тысяч, что нельзя назвать массовым внедрением.

Проблема, которая сейчас мешает распространению водородных транспортных средств — отсутствие инфраструктуры (всего несколько лет назад аналогичная проблема была актуальной и для электромобилей). Нужны специализированные фабрики по производству водорода, транспортные системы для водорода и заправки.

Водородные АЗС в 2019 году(источник) Кроме того, водород получается довольно дорогим, так что если электромобили покупают, в частности, для экономии на топливе, то в случае водородной машины — это не вариант. При массовом появлении фабрик по производству водорода для машин, а также сервисной инфраструктуры можно ожидать выхода гораздо большего числа транспортных средств на водороде на дороги общего пользования.

Но нет гарантии, что это вообще случится ли это или нет — пока неясно. Автопроизводители вроде Toyota активно продвигают свои машины и преимущества водорода в транспортной сфере. Но конкуренция слишком велика, как среди обычных машин с ДВС, так и среди электромобилей.

Двигатели на водородном топливе

Водородный двигатель в последние годы всё чаще рассматривается многими производителями транспортных средств в качестве достойной альтернативы традиционным ДВС, работа которых обеспечивается «чёрным золотом».

Перспектива использовать такой двигатель в будущих десятилетиях была оценена ещё во времена блокады Ленинграда, когда Борис Шелищ сумел разработать, а также внедрить метод перевода бензиновых двигателей на использование водородного топлива.

Однако до настоящего времени предпочтение отдавалось исключительно конкурирующим технологиям, к числу которых можно отнести электромобиль и гибридный автомобиль.

Принцип работы

Устройство водородных двигателей не отличается особой сложностью. Главным отличием является способ подачи и воспламенения смесей при полном сохранении основного принципа преобразования.

При этом на фоне традиционного бензина и дизеля, водородное топливо обеспечивает мгновенную скорость реакции даже в условиях незначительного уровня давления внутри топливной системы.

Для образования смеси участие воздуха не является необходимым, а остающийся в камере сгорания пар, после прохождения сквозь радиатор и конденсации, снова становится Н2О.

Безусловно, топливный элемент в данном варианте предполагает использование специального электролизера, обеспечивающего выделение достаточного количества водорода для участия в возобновлённом гидролизе с кислородом.

Основная проблема состоит в том, что в современных реалиях данный вариант практически невыполним.

Современные технологии не гарантируют стабильность функционирования и беспроблемный запуск мотора при отсутствии атмосферного воздуха.

Особенности гибридных конструкций

Характеристики, которыми обладает водородное топливо, активно использовались многими конструкторами с целью создания уникального гидродвигателя внутреннего сгорания. Например, разработанный В.С. Кащеевым метод – это принципиально иная установка, имеющая не только традиционный подающий воздух впускной клапан и выпускное устройство отвода выхлопных газов, но и отдельный клапанный механизм подачи водорода, а также свечу зажигания в головке блоков цилиндров.

Несмотря на некоторые принципиальные отличия, механизм работы остаётся неизменным, поэтому любые гибридные силовые агрегаты принято считать переходной стадией от применения дизеля и бензина к использованию водородного топлива.

Благодаря высоким показателям КПД, лёгкое химическое вещество вводится в состав топливно-воздушных смесей, что значительно повышает степень сжатия, а также снижает токсичность выхлопов.

Кроме этого, взаимодействие кислорода с водородом сопровождается выделением достаточного количества энергии, которая нужна автомобильным электродвигателям.

Водородные топливные элементы

Водородный топливный элемент, с конструктивной точки зрения, является своеобразной аккумуляторной «батарейкой» с высокими показателями коэффициента полезного действия (порядка 50%). Внутри корпуса протекают физико-химических процессы с участием специальной мембраны, отвечающей за проведение протонов. Посредством такого мембранного элемента происходит деление корпуса на пару частей – резервуар с анодом и камеру с катодом.

Камера с анодом заполняется водородом, а в катодную часть поступает атмосферный кислород. В качестве покрытия электродов используются дорогостоящие редкоземельные металлы, включая платину.

Особенности поверхности обеспечивают взаимодействие с водородными молекулами, в результате чего происходит потеря электронов. Одномоментно с этим процессом выполняется прохождение протонов сквозь мембрану к катоду.

Благодаря такому воздействию катализатора протоны соединяются с поступившими извне электронами.

Результат произошедшей реакции – образование воды и поступление электронов из анодной камеры в электрическую цепь, подключённую к силовому агрегату.

Таким образом, двигатель приводится в движение водородным топливным элементом и может проработать порядка 200-250 км.

Тормозит применение такой технологии и серийный выпуск автомобилей с водородными двигателями необходимость использовать в конструкции элементов платину, палладий и другие дорогостоящие металлы.

Преимущества и недостатки

С практической точки зрения все плюсы и минусы водородных силовых агрегатов в условиях современного автомобилестроения очевидны и обусловлены их техническими характеристиками. К неоспоримым преимуществам относятся следующие факторы:

• абсолютно бесшумная работа;
• высокие показатели экологической чистоты;
• очень достойный коэффициент полезного действия;
• меньшее количество токсичных выбросов в атмосферу;
• гарантированно высокая мощность и производительность;
• конструктивная простота и отсутствие ненадёжных систем топливной подачи.

Среди значимых недостатков можно выделить сложность и дороговизну получения топлива в промышленных объёмах, отсутствие регламента хранения и транспортирования. Вес машины естественным образом заметно увеличится, что обусловлено необходимостью установки на транспортное средство тяжёлых токовых преобразователей и мощных аккумуляторных батарей.

Специалисты отмечают также высокую опасность использования водорода, связанную с риском появления взрыво- и пожароопасной ситуации при взаимодействии с разогретым выпускным коллектором и моторными маслами.

Сегодня цена одного килограмма водорода составляет порядка 8-9 американских долларов, поэтому при расходе 1,2-1,3 кг на 100 км, средняя стоимость такой поездки вполне сопоставима с эксплуатацией традиционного бензинового автомобиля.

Модели с водородным двигателем

Работы по разработке и производству реально функционирующего прототипа инновационного автомобиля обходятся примерно в миллион долларов. Самые крупные автомобильные концерны располагают такими суммами, но крайне редко считают вложение средств в подобные проекты высокодоходным мероприятием.

Honda FCX Clarity

Модель имеет силовую установку в виде водородных топливных элементов. Лизинговые продажи стартовали в Америке 11 лет назад, а для заправки топливом разрабатывалась очень компактная по размерам энергетическая станция (Home Energy Station).

Подсистема разгона и торможения в этом автомобиле оснащена эксклюзивным ионистором в виде супер-конденсатора без наличия традиционных «обкладок». Запас хода на одном заряде составляет 700 км.

Розничная цена модели – почти 63 тысячи американских долларов.

Hyundai Tucson/ix35 FCEV

Внедорожник класса «К1» был запущен в серийное производство шесть лет назад. Модель, занявшая лидирующие позиции в области использования водородного топлива, отличается компактными размерами.

Автомобиль оснащён силовой установкой, представленной двумя газовыми баллонами, которые заполняются сжатым водородом под давлением 700 атм.

В динамике эта машина очень хороша, но оптимальный вариант – городской цикл езды.

Hyundai Nexo

Южнокорейская модель второго поколения водородных кроссоверов отличается не только новой платформой, но также лёгким кузовом, аккумуляторной батареей в багажнике и улучшенным строением топливных элементов. Объём трёх одинаковых по размерам баков составляет 52,2 л водорода. Модель была протестирована за Полярным кругом, где довольно легко подтвердила свою работоспособность в суровых климатических условиях.

Toyota Mirai FCV

Японский водородный экомобиль – это новая эра автомобилестроения. Для четырёхдверного седана характерно наличие заметно улучшенной силовой установки, модернизированных и усовершенствованных агрегатов. В модели Тойота Мирай установлены высокоэффективные водородные топливные элементы FC stack и синхронный электрический двигатель переменного тока. Запас хода на одном заряде двух заправочных баллонов составляет 650 км.

Перспективы водородных ДВС

На данный момент к категории водородных моторов относятся как силовые агрегаты, которые функционируют на водороде, так и двигатели, использующие в работе водородные топливные ячейки. По мнению специалистов, водородные двигатели сегодня следует рассматривать, как единственно приемлемую с экологической точки зрения энергию.

Перед учёными в настоящее время стоит задача разработки наиболее приемлемой инфраструктуры, а также определения высокоэффективного способа добычи нестандартного вида топлива. Немаловажное значение придаётся подготовке документации, регламентирующей вопросы транспортирования, хранения и эксплуатации водорода.

Водородное топливо

Водород — наиболее распространённый элемент во вселенной. Его атомы и молекулы присутствуют во всём, что окружает нас — воде, еде, растениях, жидком топливе, природном газе. Водород составляет две трети массы Солнца.

Давно известно, что газ водород — очень лёгкий (молекулярный вес водорода 2, воздуха 29) и взрывоопасный. Первые дирижабли заполняли именно им, однако после жуткой трагедии с «Гинденбургом» его стали применять с опаской.

Преимущества и недостатки топлива из водорода

Все углеводородные виды топлива, особенно нефтяного происхождения, выделяют в окружающую среду много вредных веществ. Это окись кислорода (угарный газ), ряд окислов азота NOx, соединения серы и сажевые частицы.

Все эти вредности — продукты сжигания химических соединений, входящих в состав топлива. Человечество тратит огромные средства на устранение токсичных выбросов.

Для этого принимают ограничительные стандарты, очищают топливо, дорабатывают выхлопные системы автомобилей.

Если водород применять в качестве топлива, то борьба с вредными выбросами не потребуется — при его сжигании образуется только чистый водяной пар. Другим преимуществом водорода является его огромная теплотворная способность — 120 МДж/м³, это в 2-3 раза превышает количество энергии, получаемой от сопоставимой массы бензина.

Использование водородного топлива позволит на всё проглядываемое будущее обеспечить человечество неиссякаемой энергией. Люди забудут о заканчивающихся нефти и газе, о проблемах с их очисткой, о заболеваниях, связанных с вредными выхлопами двигателей.

Первостепенными задачами сегодня являются освоение производства водородного топлива и разработка технологий использования его в двигателях и других преобразователях энергии.

Поскольку научный мир и производственные сферы давно занимаются исследованиями водородной энергетики, к нашему времени имеются положительные результаты.

Одной из первых опыт применения водородного топлива для автомобилей воплотила компания Honda.

Ею выпущено 220 серийных авто FCX Clarity с водородными топливными элементами Они стоят дорого, но интенсивно используются и дают ценный опыт эксплуатации.

Другие автопроизводители также активно работают над созданием водородных автомобилей. Уже не один год выпускаются экспериментальными партиями автобусы, грузовики, тепловозы, подводные лодки, погрузчики, работающие на топливных элементах с водородом.

ДВС на газообразном водородном топливе без доработки двигателя используются редко. Это связано с агрессивным воздействием водорода на детали и смазку и особенностями воспламенения чистого водорода. Для такого топлива используют специальные роторные двигатели с разнесенными впускным па

Автомобили на водородном топливе. В чем преимущество?

Экология потребления.Мотор:На чем будут ездить автомобили через несколько десятков лет. Одним из альтернативных источников топлива считается водород.

На чем будут ездить автомобили через несколько десятков лет. Одним из альтернативных источников топлива считается водород. Поговорим о преимуществах использования водорода как топлива для автомобилей.

ДОСТОИНСТВА ВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА

Скоро появится возможность использования водорода в качестве топлива для ДВС в составе гибридных двигателей, а к концу десятилетия, возможно, сможете купить автомобиль на так называемых топливных элементах, в котором вообще нет ДВС. В качестве источника энергии в нем будет использоваться водород, который безопасен и экологичен: единственным выбросом в атмосферу будет водяной пар, а выхлопная труба автомобиля превратится в водосточную.

Водород — самый распространенный химический элемент: он содержится в воде, в нефти, в природном газе. Мы знаем также, что водород в газообразном состоянии крайне летуч, и годами это было большим барьером на пути водородной экономики.

Заправка автомобиля водородом будет быстрой и простой и отнимет столько же времени, как и заправка бензином. Эксперименты показали, что можно разбить емкость с водородом, уронить ее, проткнуть, бросить в огонь и даже взять в руки гибридный компаунд, находящийся внутри, — и все это без вреда для человека и окружающей среды.

Также, ученые совместно с авто производителями разрабатывают альтернативные источники топлива, помимо водорода.

СОВРЕМЕННЫЕ АВТОМОБИЛИ НА ВОДОРОДЕ

Самый первый серийный автомобиль на топливных элементах — это Toyota Mirai. Рассмотрим его принцип работы.
Toyota Mirai — по сути, электромобиль. Электричество вырабатывается в блоке топливных элементов при взаимодействии кислорода и водорода. Электрический ток проходит через инвертор, где преобразуется из постоянного в переменный, а напряжение увеличивается до 650 В. Реакция происходит без процесса горения, а “выхлоп” — безвредный водяной пар.

Тяговый синхронный электродвигатель приводит в движение передние колеса. Питание — не только от топливных элементов, но и от никель-металл-гибридной батареей мощностью 21 кВт: она подпитывается при рекуперативном торможении и отдает энергию при резких ускорений.

ЧТО МЕШАЕТ ПЕРЕЙТИ НА ВОДОРОДНОЕ ТОПЛИВО

Во-первых, психология потребителей. Мало кто согласится приобрести электромобиль, даже несмотря на то, что электродвигатель гораздо эффективнее, КПД выше (до 95% против 40-50% у ДВС). Что тут говорить, если даже к гибридным автомобилям у некоторых “специалистов” отношение снисходительное. Недостаточный спрос не позволяет развиваться этой отрасли автомобилестроения адекватными темпами.

Во-вторых, внедрение автомобилей на водороде требует создания соответствующей инфраструктуры(заправки, автосервисы). Это требует колоссальных инвестиций. Хотя можно предположить что в долгосрочной перспективе все затраты окупятся. Например, в Германии сейчас 19 водородных заправок, а к 2023 году обещают свыше 400. Они будут построены также за счет авто производителей, которые инвестируют внушительную часть средств.

В-третьих, цена водородного топлива. В Германии один килограмм водорода стоит примерно 9,5 евро. И его хватает на 70-100 км пробега. Это ужасно дорого, почти в 2 раза дороже чем дизельное топливо или бензин. И еще надо учитывать стоимость автомобиля на водороде, его цена выше в 2 раза, чем на аналогичные бензиновые машины. опубликовано econet.ru

26 Существенные плюсы и минусы водородных топливных элементов — Green Garage

Водородные топливные элементы сегодня являются одними из самых чистых источников энергии, и многие люди все чаще используют их для приведения в действие своих транспортных средств. Фактически, теперь они служат альтернативой автомобильным технологиям, превращая водород в электричество для зарядки аккумуляторов. Помимо тех, которые используют водород, существуют другие категории, включая фосфорную кислоту (PACF), расплавленный карбонат (MCFC), протонообменную мембрану (PEM), щелочные топливные элементы (AFC) и твердооксидные элементы (SOFC).

Эта технология, ориентированная только на водородные топливные элементы, имеет множество преимуществ. Однако он также имеет определенные недостатки. Плюсы и минусы водородных топливных элементов — очень интересная информация, особенно для людей, которые постоянно их используют, и даже для тех, кто планирует делать то же самое. Вот некоторые из них, если не все.

Список преимуществ водородных топливных элементов

1. Они позволяют эффективно преобразовывать электроэнергию.
По сравнению с другими технологиями производства электроэнергии водородные топливные элементы способны эффективно преобразовывать топливо в электричество, так как не требует сжигания.

2. Не требуют подзарядки.
Водородные топливные элементы не нужно перезаряжать, потому что требования к топливу просты. Мгновенная мощность может генерироваться даже в удаленном месте при условии бесперебойного питания элемента.

3. Они очень полезны.
Некоторые люди, путешествующие на короткие расстояния, предпочитают использовать водородные топливные элементы для питания своих транспортных средств, а не топливо, поставляемое на заправочные станции.

4. Они очень надежны.
Различные компоненты водородных топливных элементов, включая систему управления, насос и вентилятор, уложены друг на друга правильно. Следовательно, технология надежна в использовании.

5. Они в безопасности.
Поскольку они не содержат углерода (водородные топливные элементы, конечно, обычно состоят из водорода), у вас никогда не будет причин беспокоиться об их безопасности. Также они не содержат вредных химических веществ, которые могут нанести вред здоровью человека.

6. Не деградируют.
Водородные топливные элементы способны обеспечить непрерывный источник надежного электричества, в отличие от своих традиционных аккумуляторных аналогов.

7. Очень удобны в использовании.
Одним из больших преимуществ водородных топливных элементов является то, что они также подходят для использования в жилых, транспортных и переносных целях. От них можно ожидать высокой эффективности независимо от масштаба.

8. Они чистые и эффективные при любом размере.
По этой причине технология может быть размещена практически где угодно, включая плотные городские районы, где могут возникнуть проблемы как с перегрузкой, так и с качеством воздуха. Кроме того, распределенное применение этих небольших топливных элементов может повысить безопасность ключевых инфраструктур, таких как системы водоснабжения и связи.

9. Они экологически чистые.
Эти топливные элементы совершенно чистые как вид энергии. Используя водород в качестве топлива, эти элементы не производят выбросов парниковых газов, таких как углекислый газ, и работают на устойчивом и возобновляемом источнике.Это огромное преимущество перед газовыми аккумуляторами для вилочных погрузчиков или свинцово-кислотными аккумуляторами, которые содержат коррозионные кислоты и тяжелые металлы, которые способствуют выбросу углерода.

10. Они гибкие и простые в установке.
Водородные топливные элементы рассматриваются как экономичное решение возросшего спроса на более надежные источники энергии, которые являются гибкими и простыми в установке, что делает весь процесс более доступным для потребителей.

11. Это хороший выбор для альтернативного топлива.
Помимо того, что водородные топливные элементы обычно используются людьми в качестве альтернативного топлива для поездок на короткие расстояния, они также могут эффективно работать с аккумуляторами и другими компонентами транспортного средства бесшумно и безопасно.

12. Они помогают уменьшить глобальное потепление.
Эти элементы не вызывают горения и помогают предотвратить глобальное потепление. Они не содержат элементов, способствующих загрязнению окружающей среды.

13. Они требуют только простого обслуживания.
Учитывая их конструкцию и особенности, эти ячейки легко обслуживаются.

14. Они маленькие и компактные.
В отличие от традиционных батарей, работающих на внутреннем сгорании, водородные топливные элементы маленькие и компактные, поэтому их можно удобно разместить в таких системах, как устройства реформинга топлива и инверторы мощности, которые имеют ограниченное пространство.

15. Не создают шума.
В отличие от традиционных батарей, которые используются в промышленности и транспортных средствах, которые создают шумовое загрязнение, топливные элементы не работают.Учитывая этот атрибут и их повышенную эффективность, они очень широко используются в наши дни в электрических системах в жилых районах и автомобилях.

16. Они помогают снизить экономическую зависимость определенной страны.
Водородные топливные элементы предлагают большие преимущества, например, являются альтернативой строительству новых линий электропередач, а также снижают зависимость от иностранной нефти. они могут обеспечить более надежную подачу электроэнергии там, где она необходима, что делает всю электрическую сеть более надежной и устойчивой.

17. У них богатый источник энергии.
Водород — это ресурс, которого больше по сравнению с бензином, получаемым из нефти, что, в свою очередь, является ограниченным ресурсом. С другой стороны, водород можно найти во многих природных ресурсах, таких как вода, которые безграничны. Это означает, что использование топливных элементов может длиться вечно.

Список минусов водородных топливных элементов

1. Они очень дорогие.
Изначально водородные топливные элементы были чрезвычайно дороги в производстве.Однако, как и в случае с другими новыми технологиями, их стоимость снизится до уровня цен, доступного обычным потребителям при массовом производстве. Сейчас мы находимся в переходном периоде, когда многие производители топливных элементов инвестируют буквально сотни миллионов долларов в подготовку к массовому производству и в то же время пытаются осваивать различные рынки для такой продукции. Хотя цена этих элементов рассматривается как большой недостаток, сейчас все меняется.

2.Их можно просто использовать в поездках на короткие расстояния.
Поскольку эти источники энергии не содержат большого количества топлива, вы можете просто использовать их на некоторое время в ближайших местах.

3. На данный момент поставки отсутствуют, а доставка от побережья до побережья недоступна.
В настоящее время еще нет водородной инфраструктуры, которая могла бы обеспечивать доставку водородного топлива от побережья к берегу. Другие технологии разрабатываются для обеспечения альтернативных способов хранения и доставки топлива, таких как SOFC, MCFC и PAFC, которые могут внутренне преобразовывать природный газ, обеспечивая идеальное решение для промышленного использования.Однако MCFC и PAFC слишком велики для использования дома и в транспорте, и SOFC все еще требует много времени для дальнейшего развития.

Для PEM и AFC они могут использовать устройства реформинга топлива для преобразования углеводородов, таких как природный газ и бензин, в водород, но эта технология, как считается, снижает общую эффективность топливных элементов, хотя они по-прежнему выделяют небольшие количества загрязняющих веществ. Кроме того, решения по хранению и преобразованию топлива на борту находятся в процессе разработки, но для их совершенствования требуется много лет.

4. Они не подходят для некоторых марок батарей.
Иногда эти топливные элементы не работают с батареями некоторых марок, что делает их неудобными в использовании.

5. Их нельзя реализовать сразу.
Как указывалось ранее, на то, чтобы усовершенствовать решения для преобразования этих элементов, потребуется много лет, поскольку разработка новых технологий топливных элементов все еще находится в переходном периоде.

6. Чувствительны к перепадам температуры.
Полимерные обменные мембраны, которые используются в водородных топливных элементах, не могут работать при температурах выше 100 градусов Цельсия. Устойчивость к высоким температурам является обязательным условием для этих источников питания, чтобы также повысить их устойчивость к примесям. С учетом сказанного, долговечность является фактором, над которым необходимо работать, поскольку в настоящее время они имеют тенденцию к ухудшению при использовании в очень горячих процессах.

7. Они используют сложную инфраструктуру.
Основная проблема водородных топливных элементов — это инфраструктура, необходимая для их создания.Они работают на водороде, а заправочные станции, трубопроводы, грузовые автомобили и водородные установки слишком сложны и дороги.

8. Их нельзя удобно хранить.
Транспортные средства, работающие на водороде, безопасны для окружающей среды, но некоторые параметры, такие как хранение, затраты на инфраструктуру транспортного средства, вес транспортного средства и меры безопасности, все еще могут быть в разработке. Кроме того, их запас необходимо постоянно пополнять, чтобы они могли работать.

9.Им не хватает прочности.
Как упоминалось ранее, водородные топливные элементы невероятно чувствительны к высоким температурам и загрязнению со стороны внешних элементов, а это означает, что они могут легко перегреться, выйти из строя и выйти из строя, чем батареи других технологий.

Заключение

Прежде чем рассматривать возможность использования водородных топливных элементов, важно взвесить их за и против. Передовые технологии могут значительно помочь в разработке гибких, устойчивых, эффективных и портативных альтернативных источников энергии, а промышленность топливных элементов существует уже довольно давно.Однако из-за огромных затрат, которые это влечет за собой, не многие отрасли и компании готовы рискнуть.

Итак, если вы действительно заинтересованы в использовании водородных топливных элементов, вы должны сначала провести некоторую оценку ваших потребностей и требований. Отсюда вы можете рассчитать затраты, которые вам, возможно, придется потратить, и потенциальные выгоды, которые вы собираетесь получить. Прежде чем сделать окончательный выбор, взвесьте достоинства и недостатки этой молодой технологии.

Об авторе
Брэндон Миллер получил B.А. из Техасского университета в Остине. Он опытный писатель, написавший более ста статей, которые прочитали более 500 000 человек. Если у вас есть какие-либо комментарии или сомнения по поводу этого сообщения в блоге, свяжитесь с командой Green Garage здесь.

Водородные топливные элементы Плюсы и минусы

Топливные элементы сегодня являются одними из самых чистых источников энергии, которые большинство людей использует для своих автомобилей. Собственно, это альтернативное топливо всей автомобильной мобильной технике. Он преобразует кислород и водород в электричество, которое заряжает батареи.Он бывает разных категорий, таких как PACF (фосфорная кислота), MCFC (расплавленный карбонат), PEM (протонообменная мембрана), AFC (щелочные топливные элементы) и SOFC (твердооксидные элементы). С помощью этой альтернативы многие люди получают полезные преимущества, но, несмотря на то, что она дает преимущества, она также имеет недостатки.

Плюсы и минусы водородных топливных элементов — очень интересная информация для тех, кто часто их использует, и даже для тех, кто желает узнать об этом больше.

7 преимуществ водородных топливных элементов

Вот преимущества водородных топливных элементов:

1.Полезно
Некоторые люди, путешествующие на короткие расстояния, предпочитают использовать это топливо вместо топлива, предлагаемого на заправочных станциях.

2. Безопасный и эффективный
Поскольку он не содержит углерода и обычно состоит из кислорода и водорода, у вас никогда не будет причин беспокоиться о его безопасности. Он не содержит вредных химикатов, которые могут нанести вред вашему здоровью.

3. Чистота
Топливо с водородными элементами является чистым, и в нем есть проверенные элементы, которые позволят вам испытать безопасное и беззаботное путешествие с самого момента, когда вы начнете использовать его в автомобиле.

4. Используется как альтернативное топливо
Обычно используется большинством людей в качестве альтернативного топлива для поездок на короткие расстояния. Он также может эффективно и безопасно работать с батареями и другими частями автомобиля.

5. Уменьшение выбросов парниковых газов
Он также может удалять парниковые газы, которые вносятся в результате загрязнения. Он не содержит элементов, которые могут способствовать загрязнению окружающей среды.

6. Простое обслуживание
Обеспечивает доступное и простое обслуживание автомобильных запчастей.

7. Снижение экономической зависимости
Некоторые дистрибьюторы предлагают это по доступной цене.

4 минуса водородных топливных элементов

Однако водородные топливные элементы могут вызывать такие проблемы, как:

1. Короткое расстояние
Поскольку он не содержит большого количества топлива, вы можете использовать его только для поездок на короткие расстояния.

2. Дорого
Материалы и некоторые элементы, которые используются при его производстве, дорогие, поэтому некоторые компании предлагали его по более высокой цене.

3. Ограниченный
Сегодня только несколько стран рассматривают возможность использования водородных топливных элементов, поскольку их источники обычно ограничены.

4. Не подходит для некоторых марок батарей
Бывают случаи, когда она не работает с некоторыми марками батарей, что иногда делает ее неудобной в использовании.

Как вы относитесь к водородным топливным элементам?

Водородные топливные элементы также полезны для людей, но из-за их недостатков некоторым людям не рекомендуется их использовать.Иногда это вызывает экономические проблемы. Несмотря на то, что у него есть недостатки, тем не менее, есть люди, которые используют его из-за надежных преимуществ и высокой производительности, которые он может дать. Кстати, что вы можете сказать по этому поводу?

Водород

Водород (H ₂ ) может приводить в движение легковые автомобили двумя способами.

• Транспортные средства на топливных элементах (FCV) превращают водород и кислород из воздуха в электричество, приводя в действие электродвигатель.
• Может также сжигаться в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Потенциальные преимущества использования водорода для окружающей среды и энергетической безопасности значительны. Однако прежде чем его можно будет широко использовать, необходимо преодолеть несколько проблем.

Преимущества

отечественного производства. Водород можно производить внутри страны из нескольких источников, что снижает нашу зависимость от импорта нефти.

экологически чистый.FCV не производят загрязнителей воздуха или парниковых газов, а при сжигании водорода в ICE образуются только оксиды азота (NOx). Некоторые методы производства водорода могут вызывать загрязнение воздуха и парниковые газы. Однако их обычно намного меньше, чем у автомобилей с бензиновым двигателем.

Вызовы

Наличие. Водород доступен только на 44 общественных станциях, в основном в Калифорнии. Однако в будущем планируется открыть больше заправочных станций.

Стоимость и доступность автомобиля.FCV стоят дороже, чем обычные автомобили, но затраты снижаются. Тем не менее, в настоящее время для продажи или аренды доступно лишь несколько моделей.

Бортовой топливный склад. Водород содержит гораздо меньше энергии на единицу объема, чем бензин или дизельное топливо.

Источник http://piter-at.ru/raznoe/vodorodnoe-toplivo-dlya-avtomobilej.html

Источник http://guarblog.ru/kakoe-toplivo-luchshe-dlya-avto-gaz-ili-benzin-chto-luchshe/

Источник http://abv-drive.ru/%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BD%D0%BE%D0%B5/%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D0%B5-%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%BE-%D0%BF%D0%BB%D1%8E%D1%81%D1%8B-%D0%B8-%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D1%83%D1%81%D1%8B-%D0%BA%D0%B0%D0%BA.html