Водородный двигатель принцип работы экологичных машин. Которые кардинально отличаться от привычных авто с двигателем внутреннего сгорания. Стандартные автомобили производят большое количество токсичных выхлопов в воздух, отчего происходит серьёзное загрязнение атмосферы.
Проблема глобального потепления становится реальной угрозой для человечества. Кроме того, запасы нефти на планете имеют ограниченный ресурс, и рано или поздно человечество будет вынуждено перейти на другие варианты источников энергии для автомобилей. Одним из таких вариантов может быть двигатель на водородном топливе.
Принцип работы водородного двигателя
История возникновения водородного двигателя
Первые попытки создания двигателя на водороде были предприняты в 1806 году французским исследователем Франсуа Исааком де Риваз. Учёный получал водород благодаря физико-химическому процессу, который носит название «электролиз воды». Во времена создания первого водородного двигателя речь не шла про загрязнение атмосферы, и такой двигатель изобретался сугубо в научных целях, чтобы научиться использовать водород в качестве топлива.
Однако, первый патент на водородный двигатель был получен только в 1841 году, а первое успешное устройство, функционирующее с помощью водорода и воздуха, появилось в 1852 году в Германии.
Интересным фактом является применение водорода во время Отечественной войны, когда в Ленинграде во время военной блокады топлива не хватало, а водорода было достаточно. Б. Шелищ, технический военный специалист, предложил своё видение процесса заправки автомобилей и аэростатов с помощью водорода.
Так на водороде начали работать не только ДВС лебёдок аэростатов, но и 600 машин по всему городу. После того, как война закончилась, про этот вид топлива несколько позабыли. Снова экспериментировать с водородом начала автомобильная компания BMW в 1979 году во времена топливного кризиса. Под конец XX века другие автомобильные компании также подключились к исследованиям.
Принцип функционирования водородного топлива
Водород при его экологически правильной генерации является самым чистым видом топлива. Конструкция водородных моторов достаточно проста. Бачок для топлива заполняется сжатым водородом. Это вносит повышенные требования для топливного бака, он должен быть чрезвычайно прочным, чтобы выдержать давление до 300 бар. При движении автомобиль запускает в топливные элементы водород в виде топлива, обогащает его кислородом. Вследствие химической реакции происходит выработка электричества.
Работа водородного двс
Распределение электричества поступает на центральный блок под капотом, который после этого в нужной мощности распределяет его на электродвигатель, находящийся на передней оси. Водородное топливо гарантирует моментальную скорость реакции даже при минимальном уровне давления в системе подачи топлива. Воздух не участвует в получении топливной смеси, а оказавшийся в камере сжигания пар на конечном этапе преобразуется в воду.
В автомобилях данного типа возможны два варианта установок: стандартные двигатели внутреннего сгорания и моторы, укомплектованные элементами на водороде. Каждый отдельный двигатель обладает своей спецификой и набором характеристик.
Как сделать водородный двигатель своими руками
Создание генератора водорода — эффективный способом существенного сокращения топливных расходов. Задача — подать в камеру сгорания специальный газ (система Брауна). Ниже приведена простая пошаговая инструкция.
Сборка электролита
Используйте 8 электролитических пластин из нержавеющей стали (16×20 см), уложив их друг на друга. У них уже должно быть отверстие сверху. Просверлите еще по одному отверстию толщиной 1 см. Между ними поместите ПВХ проставки (толщиной 3 мм). Стальные пластины не должны касаться друг друга. С помощью винтового соединения скрепите конструкцию.
Подготовка пластикового контейнера
Подготовьте ёмкость. Вставьте два длинных винта внутрь крышки, зазоры закройте герметиком. Прикрепите провод к каждому винту, обмотав его вокруг, оставьте снаружи контейнера. Сделайте еще одно отверстие в крышке и вставьте туда резиновый шланг, погрузив его в воду. Другой конец трубки должен открываться в пластиковый корпус воздухозаборника автомобиля.
Нужно будет просверлить отверстие в корпусе, чтобы вставить трубку. Для более прочного соединения используйте фитинги из ПВХ на обоих концах. Налейте дистиллированную воду, заполнив половину объёма. Положите пол чайной ложки соли или полную пищевой соды, хорошо перемешайте.
Поместите электролит из нержавеющей стали в контейнер, убедившись, что он хорошо погружен. Любые промежутки внутри ёмкости должны быть заполнены герметиком, чтобы предотвратить утечку газа. Внутри тары мгновенно образуются пузырьки, газ начал вырабатываться.
Как функционирует автомобиль на водороде
Точный пример работы автомобиля на водородном двигателе можно рассмотреть на примере автомобиля Toyota Mirai. Именно эта компания в 2013 году продемонстрировала первую в мире машину на водородном двигателе, которая вышла серийно. Mirai оснащён электромотором, включающий 370 топливных компонентов, где постоянный ток перетекает в переменный, а напряжение доходит до отметки 650 В. При этом такой автомобиль имеет возможность разгона до скорости 175 км/ч.
Дополнительный аккумулятор также накапливает энергетический запас. В таком виде машина может пройти 350 км. Электромобиль на одном зарядке может продержаться на 200 км больше, но есть недостаток в длительной зарядке – 1,5-2 часа. Mirai вырабатывает около 200 мл воды за расстояние в несколько км. В водородных двигателях применяются роторные ДВС из-за влияния водорода на поршни и смазочные материалы.
Тойота на водородном двигателе
Переделать стандартный мотор под водородный практически невозможно, для водорода конструкция должна быть чрезвычайно крепкой во избежание процесса детонации материалов. Некоторые автомобильные компании разрабатывают смешенные варианты, где вместо чистого водорода используется смесь обычного бензина и водорода. Чтобы не допустить перегрева, снижается поступление газа.
Такой тип использует компании Mazda и BMW, которые выпустили ограниченную партию подобных автомобилей. В них есть возможность автоматической переориентировки на иной вид топлива. Но подобные автомобили эксперты не могли назвать идеальными, так как резерва водорода хватало всего лишь на 200 км, а наличие бензина мешало определению автомобиля как экологически чистого транспортного средства.
В целом, работу водородных автомобилей можно в общих чертах сравнить с функционированием электромобилей с разницей лишь в источнике энергии.
Так же интересно: Toyota Corolla.
Справочная: как работают водородные автомобили и когда они появятся на дорогах
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 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 2022 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.
Узлы внутреннего сгорания
В стандартном двигателе времени, расходуемого на сгорание топливной смеси, необходимо больше, чем при работе мотора на водороде. Топливная смесь попадает в ячейку до времени достижения поршнем ВМТ. В случае с водородом смесь воспламеняется моментально. А для оптимальной работы двигателя необходимо давление не выше 4 атмосфер.
Оптимально водородные моторы функционируют в узле закрытого типа, то есть при работе не требуется получение кислорода извне. Как побочный продукт работы топливной системы, образуется пар, который при проходе через радиатор, преобразуется в воду. Специальное устройство – элетролизер обеспечивает разделение воды от водорода. Однако, большинство современных водородных конструктивов для необходимой реакции нуждаются в наличии кислорода.
Мотор на водородных топливных элементах
Водородными двигателями принять считать не только аппараты, функционирующие на водороде, но и двигатели, в которых применены топливные компоненты на водороде. Топливный водородный компонент является аналогом обычной батарейки. Такой аккумулятор с участием водорода обладает значительным КПД – приблизительно 50%. Механизм взаимодействует на основе химико-физических реакций.
Тело такого аккумулятора оснащено мембраной, она разделяет две ячейки с электродами: в одном происходит окисление, в другом – процесс восстановления. В ячейку с процессом окисления (анод) заходит водород, а в ячейку с катодом (восстановительная реакция) – кислород.
Электроды имеют платиновое напыление, это способствует функции катализатора, который воздействует на водород. Аналогично протоны поступают на катод и попадают под воздействие катализатора. Таким образом создаётся связь протонов и наружных электронов. При реакции образуется побочный продукт – вода, а сама реакция создаёт электричество.
Соответственно, двигатель функционирует благодаря топливному элементу на водороде. На одном заряде водородный мотор может проработать 200 км. Однако, топливные компоненты имеют повышенную стоимость благодаря наличию в конструкции дорогостоящих металлов. Также водородные камеры подлежат замене через 250 тыс. км пробега. Поэтому цена транспортного средства с водородным мотором стандартно выше, чем у привычных автолюбителю средств передвижения.
Что это такое трансмиссия АТМ
В настоящее время американскими учёными модернизируется разработка катализатора, в основание которого положены углеродные трубки. Данная разработка позволит в будущем снизить себестоимость автомобиля, при производстве которого можно обойтись без таких дорогостоящих металлов, как платина.
Решение второе: вырабатывать электричество
В этом случае водород в цилиндрах не сжигают. Их вообще нет, цилиндров.
Основными компонентами автотранспортного средства являются электрохимический генератор (ЭХГ) на водородных топливных элементах, буферная аккумуляторная батарея, электрический мотор-генератор, управляющая и силовая электроника – последняя предназначена для коммутации силовых электрических цепей.
При динамичном разгоне батарея приходит на помощь ЭХГ. Кроме того, она используется для запуска генератора, а также для накопления энергии, вырабатываемой при торможении (режим рекуперации).
Кроме водорода, для функционирования топливных элементов необходим кислород. Он поступает в ЭХГ вместе с воздухом, который предварительно очищается от углекислого газа. А ключом к успеху служит совершенствование характеристик топливных элементов.
Казалось бы, идеальное топливо для автотранспорта найдено. Последствия его применения – водяной пар. При этом никаких токсичных компонентов или парниковых газов не образуется. А если получать водород методом электролиза, то вообще прекрасно – происходит круговорот воды.
ТЭ создали еще в 60-х годах прошлого века. С их помощью получают электроэнергию, воду и тепло на бортах космических аппаратов
Одна из первых версий автомобиля Honda Clarity на топливных элементах
Mercedes GLC F Cell на водородных топливных элементах
Да, в экологическом отношении топливные элементы предпочтительнее водородных ДВС, поэтому большинство исследований и разработок идет именно в направлении ТЭ. Но ЭХГ пока что дороги для массового применения.
И потом, откуда брать первичную электроэнергию, необходимую для электролиза? Вернее, каким экологически чистым способом ее получать? Футурологи предлагают ветряные электростанции или солнечные батареи, хотя последние больше подходят для стран с жарким климатом.
Кроме электролиза воды, водород можно получать и иными способами, например из углеводородного сырья. Скажем, из того же метана, как сейчас в большинстве случаев и делается, или даже из бензина. При риформинге, т.е. нагревании в присутствии платины или оксида молибдена для повышения октанового числа бензина появляется и побочный продукт – водород. Он-то нам и нужен.
Так родилась идея – установить риформер прямо на борту автомобиля, а в бак заливать очищенный бензин на обычных заправочных станциях. Однако силовая установка получается очень сложной, трехступенчатой: риформер – топливные элементы – электродвигатель. Причем кроме паров воды в процессе ее функционирования будут образовываться и другие химические вещества.
Ряд фирм осуществляют экспериментальную отработку этого технического предложения. Специалисты надеются, что, несмотря на многоступенчатость преобразования энергии, общий КПД силовой установки окажется выше, чем у обычного бензинового двигателя.
Конечно, нельзя забывать и про емкость для хранения водорода. Для обеспечения приемлемого пробега на одной заправке необходимо, чтобы баллон со сжатым топливом выдерживал очень высокие давления (несколько сот атмосфер), или надо идти по пути применения криогенной техники, что технически также реализуемо.
Заправка водородных автомобилей
Так как выпуск автомобилей с участием водорода является не сильно развитой отраслью, водородных заправок в мире критично мало. В 2022 году около 150 штук заправок приходилось на Американский континент, а ещё 150 штук разделялось между Японией, Китаем и Германией.
Существуют переносные мобильные установки для заправки водородным топливом, они могут произвести достаточно большое годовое количество водорода – около 1 тонны. С таким количеством водорода можно заправлять несколько автомобилей в день. Его производят путём электролиза воды в ночных условиях, чтобы не спровоцировать перегрузку сети.
Водородные заправки можно разделить на следующие виды:
- Мелкие. Изготавливают за сутки 20 кг топлива, что хватит в качестве топлива для 5 стандартных авто.
- Средние. Способны изготовить 50-1250 кг водорода, что хватит на 25 грузовиков или 250 легковых авто.
- Крупные. Объёмы производства – более 2500 кг водорода, что достаточно для 500 легковых авто.
Стоимость подобной водородной заправки – около 3 млн долларов. Учитывая большие сложности, количество таких заправок растёт небольшими темпами.
Водород для тяжеловеса
Два последних года запомнились важными «водородными» новостями. Поговорим об известном проекте электрического грузовика Nikola One, представленного американской компанией Nikola Motor в 2016 году. История эта получила продолжение.
Итак, Nikola One. Грузовой электрокар, тягач с электроприводом и батареей емкостью 320 кВт·ч. На борту – собственная автономная электростанция. Электроэнергию вырабатывает система водородных топливных элементов.
Nikola One для американского рынка
Как заявил производитель, этот грузовик имеет автономный запас хода почти 1200 миль, по-нашему – 2000 км. И движется он с нулевой эмиссией отработавших газов – их просто нет, этих газов.
Изначально его планировали оснащать «удлинителем хода» – газотурбинным бортовым генератором, но потом все же остановились на ТЭ. Правда, для некоторых рынков возможность использования газотурбинного генератора все же оставили.
Заявленные характеристики тягача существенно превышают показатели большинства электромобилей, но есть и сомнения – хватит ли энергии силовой установки для перемещения 35-тонных грузов? На этот вопрос ответит практика эксплуатации. Но тут возникает еще одна проблема: где брать водород в достаточном количестве для парка Nikola One?
Компоновка тягача Nikola на водороде: 1 – система охлаждения; 2 – два электрических мотор-редуктора для привода передних колес; 3 – блок высоковольтной и управляющей электроники; 4 – тяговая батарея; 5 – ресивер пневматической тормозной системы и бак системы охлаждения батареи; 6 – электрохимический генератор (топливные элементы на 300 кВт); 7 – баки с водородом; 8 – задний мост с электродвигателем; 9 – седло Фото: https://www.automobile-propre.com
Главный исполнительный директор (Chief Executive Officer) компании Nikola Motors Тревор Милтон (Trevor Milton) заявил, что концепция электрического грузовика Nikola One будет опираться на собственную водородную инфраструктуру. Она раскинется по всей территории Соединенных Штатов, захватив частично и Канаду. Компания намерена строить электролизные установки и транспортировать водород на заправки.
Не так давно Nikola Motor обрела партнера – компанию Nel ASA. Эта фирма поставляет для Nikola оборудование, помогая создать самую большую водородную топливную сеть в мире. Достаточно сказать, что в ней будут действовать 16 электролизных станций, работающих по технологии H2Station.
Уже знакомый нам г-н Тревор Милтон заявил, что заказ на поставку первых двух станций на основе щелочных электролизеров компания Nel ASA уже выполняет. Остальные 14 станций получат путевку в жизнь в ближайшее время.
Скотт Перри, один из ведущих специалистов Nikola Motor, рассказал, что компания Nel ASA поставляет водород в более чем 80 стран с 1927 года. «Мы уверены, что с таким опытным партнером наш проект будет успешным», – с оптимизмом заключил он.
Первоначально каждая станция будет производить до 8 т водорода в день. Однако объем выпуска может быть увеличен до 32 т в день. Кстати, каждый грузовик Nikola ежедневно будет потреблять около 50–75 кг водорода.
Интересная подробность: Nikola Motor намерена предоставлять свои заправки всем водородным транспортным средствам, а не только грузовикам собственной марки.
Прошло немного времени, и компания Nikola заявила, что будет производить не один, а два тягача – Nikola One и Nikola Two. Вторая модель отличается в первую очередь кабиной. Если у Nikola One имеется спальный отсек, то Nikola Two оснащен лишь компактной кабиной для перевозок, но не для отдыха.
С точки зрения энергетики Nikola Two не отличается от Nikola One. За кабиной находятся баллоны с водородом для питания электрохимического генератора. Он вырабатывает электрическую энергию для мотор-редукторов суммарной мощностью более 1000 л. с. По информации производителя, разгон до 60 миль/ч занимает не более 30 секунд, а пробег на одной заправке водородом составляет 1200 миль. Заправка же займет не больше 15 минут.
Nikola Two также ориентирован на американский рынок
В конце ноября 2022 года компания представили третью модель водородного грузовика. Она так и называется – Nikola Tre («три» по-норвежски). Если Nikola One и Nikola Two адресованы американскому рынку, то бескапотный Nikola Tre будет работать в Европе.
Nikola Tre для европейского рынка
Технические характеристики Nikola Tre практически не отличаются от двух первых моделей. Силовая установка мощностью от 500 до 1000 л. с., крутящий момент до 2000 Нм, запас хода до 1200 миль, продолжительность заправки примерно 20 минут.
Проблемные моменты в эксплуатации
В настоящее время водородные двигатели не являются существенной альтернативой традиционным бензиновым моторам и не могут в полной мере их заменить. Одной из причин являются трудности с производством газа, так как этот процесс довольно дорогостоящий. Затруднительной также является процедура хранения, которая требует наличие температуры минус 253 градуса.
В период работы с водородом нужно отметить также следующие проблемы:
- Высокая взрывоопасность. Даже минимальный источник энергии может сдетонировать взрыв. Поэтому использовать водород нужно чрезвычайно аккуратно, ведь опасностью может быть даже чересчур тёплый воздух.
- Нюансы хранения. Для данной субстанции необходимы ёмкости большого объёма для избегания улетучивания, что становится проблематичным для применения в области легковых автомобилей.
- Повреждение поршней и цилиндров. Благодаря негативному влиянию водорода на цилиндропоршневую группу, необходимо применение специальных дорогостоящих материалов для двигателей.
Но исследователи в вопросах использования водорода в автомобильной промышленности не останавливаются и продолжают борьбу за развитие такого альтернативного источника питания.
Всё ли так безоблачно в водородной технологии
Срок службы одной топливной ячейки, работающей на водороде, составляет до 10 лет. В работе двигателя отсутствуют характерные для двс шумы и вибрация. Моторы абсолютно чисты с экологической точки зрения. Тем не менее, критика исследований в области транспорта на водородном топливе обширна. Апологеты традиционных источников энергии для колёсных автомашин и разработчики обычных электродвигателей «задвигают» водород, указывая на ряд трудноразрешимых вопросов в области инфраструктуры и технологии.
Критики водородного транспорта указывают на отсутствие стандартов в области производства, хранения, перемещения и использования водорода. Значительный объём топливных баков для дальних поездок сокращает вместимость салона и багажника. Есть чисто технологические факторы, связанные с опасностью неправильного обращения с оборудованием для хранения и закачки водорода. Он чрезвычайно летуч: малейший зазор в конструкции баков и систем подачи водорода к месту химической реакции может привести замкнутому наполнению салона автомашины и воспламенению.
Словом, проблем, которые предстоит решить на пути к безопасному и экономичному массовому применению водорода для заправки автомобильного транспорта, достаточно. Главный вопрос в том, готовы ли владельцы автокорпораций вкладывать значительные средства в развитие новой инфраструктуры, дальнейшие теоретические исследования и практические разработки. Ведь на сегодня дозаправка автомашин в пути (то есть, без посещения специальных заправочных станций) невозможна.
Модели с водородным мотором
В настоящее время диапазон представленных на рынке автомобилей с водородом значительно расширяется. Из самых известных можно выделить следующие модели:
Мазда с водородным двигателем
Pininfarina H2 Speed
Эта итальянская машина имеет способность:
- Разгона до 100 км/ч за рекордно короткие 3,4 секунды.
- Максимальная возможность разгона – 299 км/ч.
- Но и стоимость такого авто более 2 млн долл.
Mercedes-benz GLC F-CELL
Авто имеет комбинированную систему, где совмещён аккумулятор и водородная конструкция.
- Резерв езды на электричестве – 50 км,
- На водороде – 430 км.
- Особенностью авто является возможность заряда от обычной электророзетки.
Классификация Mercedes-Benz по классам
Mercedes-benz GLC F-CELL
Toyota Mirai
Автомобиль японского производства:
- Проходит без дозаправок 502 км.
- Дополнительно оснащён сенсорными экранами, с помощью которых происходит навигационное управление.
- Возможность разгона авто – до 178 км/ч.
Toyota Mirai
Honda Clarity
Это 5-ти местный автомобиль семейного типа.
- Запас для поездки без дозаправки у этого авто – рекордные 600 км.
- При этом на заправку требуется всего пара минут.
Видео 22:00 минуты. Обзор «Клара Хондовна» Honda Clarity
Преимущества водородных автомобилей по сравнению с электрокарами
Данное сравнение часто оспаривают эксперты, поскольку автомобили на водороде также входят в разряд электромобилей. Водородные составляющие, в отличие от аккумуляторов, являются более долговечными, ведь срок службы двигателя в обычном электромобиле невелик.
Водород хорошо себя показал при холодном пуске автомобиля при отрицательных температурах воздуха, когда двигатель электромобиля не справляется с воздействием температур. Заправка водородных автомобилей также считается преимуществом, так как выполняется за несколько минут. Но электрокары имеют более низкую стоимость по сравнению с машинами на водороде.
Плюс и минус водородного ДВС
Достоинства и недостатки водородных моторов
Водородные двигатели имеют преимущества, которыми не обладают другие типы моторов:
- производительность без создания посторонних шумов;
- высокий КПД водородного двигателя;
- повышенная экологичность (побочный продукт только вода);
- хороший уровень мощности;
- простота в устройстве функционала.
Среди отрицательных характеристик выделяется высокие затраты на производство водорода и сложный уровень хранения. При производстве конструкция требует увеличения веса транспортного средства. Также отмечается высокая взрывоопасность водородных составляющих.
