Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

В чем проблема водородных двигателей


Двигатель внутреннего сгорания на водороде: устройство и принцип работы

Как известно, поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет как плюсы, так и целый ряд определенных недостатков. Прежде всего, глобальной проблемой является токсичный выхлоп бензиновых и дизельных ДВС, а также постоянная потребность в нефтяном топливе. Не сильно меняется ситуация и после перевода автомобиля на газ, так как установка ГБО также не решает всех задач.

С учетом данных особенностей постоянно ведутся разработки альтернативных вариантов. Сегодня реальным конкурентом ДВС является электродвигатель. При этом относительно небольшой запас хода, высокая стоимость аккумуляторных батарей и всего электрокара (электромобиля) в целом, а также отсутствие развитой инфраструктуры по ремонту и обслуживанию таких машин закономерно тормозит их популяризацию.

По этой причине автопроизводители постоянно работают над тем, чтобы получить «безвредный» для окружающей среды и относительно дешевый в производстве силовой агрегат, который при этом не будет нуждаться в дорогом топливе.

Среди подобных двигателей следует отдельно выделить водородный ДВС, который вполне может заменить существующий на сегодня дизельный или бензиновый мотор, причем в обозримой перспективе. Давайте рассмотрим, как работает водородный двигатель, какую конструкцию имеет подобный мотор и в чем заключаются его особенности.

Содержание статьи

История создания водородного двигателя

Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.

Во времена Второй мировой войны, когда возникли сложности с поставками нефтяного топлива, техник из СССР Борис Исаакович Шелищ, который был родом из Украины, заложил основы российской водородной энергетики. Он также предложил использовать смесь водорода и воздуха в качестве горючего  для ДВС, после чего его идеи быстро нашли практическое применение. В результате появилось около полутысячи двигателей, работавших на водороде.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.

Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).

Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.

Работа двигателя на водороде: особенности водородного ДВС

Начнем с того, что двигатель внутреннего сгорания на водороде по своей конструкции не сильно отличается от обычного ДВС. Все те же цилиндры и поршни, камера сгорания и сложный кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно поступательного движения в полезную работу.

Единственное, в цилиндрах сгорает не бензин, газ или солярка, а смесь воздуха и водорода. Также нужно учитывать и то, что способ подачи водородного топлива, смесеобразование и воспламенение также несколько другой по сравнению с аналогичными процессами в традиционных аналогах.

Прежде всего, горение водорода по сравнению с нефтяным топливом отличается тем, что водород сгорает намного быстрее. В обычном двигателе смесь бензина или солярки с воздухом заполняет камеру сгорания тогда, когда поршень почти поднялся в ВМТ (верхняя мертвая точка), затем топливо какое-то время горит и уже после этого газы давят на поршень.

На водороде реакция протекает быстрее, что позволяет сдвинуть наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Также после того, как протекает реакция, результатом становится обычная вода вместо токсичных выхлопных газов. Как видно, на первый взгляд стандартный двигатель относительно легко подстроить под водородное топливо путем доработок впуска, выпуска и системы питания, однако это не так.

Первая проблема заключается в том, как получать необходимый водород. Как известно, водород находится в составе воды и является распространенным элементом, однако в чистом виде практически не встречается. По этой причине для максимальной автономности на транспортное средство нужно отдельно ставить водородные установки, чтобы «расщеплять» воду, позволяя мотору питаться необходимым топливом.

Идея кажется привлекательной. Более того, можно даже обойтись без наружного воздуха на впуске и создать закрытую топливную систему. Другими словами, после каждого раза, когда в камере сгорит заряд, в цилиндре будет оставаться водяной пар. Если этот пар пропустить через радиатор, произойдет конденсация, то есть снова образуется вода, из которой можно повторно получить водород.

Однако чтобы этого добиться, на автомобиле должна стоять установка для электролиза (электролизер), которая и будет отделять водород от воды, чтобы затем получить нужную реакцию с кислородом в камере сгорания. На практике установка получается сложной и дорогой, а создать такую закрытую систему довольно сложно.

Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания независимо от типа топлива все равно нуждается в системе смазки, чтобы защитить нагруженные узлы и трущиеся пары. Если просто, без моторного масла никак не обойтись. При этом масло частично попадает в камеру сгорания и затем в выхлоп. Это значит, что полностью изолировать топливную систему на водороде (не использовать наружный воздух) практически нереализуемая задача.

По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания больше напоминают газовые двигатели, то есть агрегаты на газе пропане. Чтобы использовать водород вместо пропана, достаточно изменить настройки такого ДВС. Правда, КПД на водороде несколько снижается. Однако и водорода нужно меньше, чтобы получить необходимую отдачу от мотора. При этом никаких установок для автономного получения водорода не предполагается.

Что касается попытки подать водород в обычный бензиновый или дизельный двигатель, автоматически возникают риски и сложности. Прежде всего, высокие температуры и степень сжатия могут привести к тому, что водород будет вступать в реакцию с нагретыми элементами ДВС и моторным маслом.

Также даже небольшая утечка водорода может стать причиной того, что топливо попадет на разогретый выпускной коллектор, после чего может произойти взрыв или пожар. Чтобы этого не случилось, для работы на водороде чаще задействуют  роторные двигатели. Такой тип ДВС больше подходит для этой задачи, так как их конструкция предполагает увеличенное расстояние между впускным и выпускным коллектором.

Так или иначе, даже с учетом всех сложностей, ряд проблем удается обойти не только на роторных, но даже и на поршневых моторах, что позволяет водороду считаться достаточно перспективной альтернативой бензину, газу или солярке. Например, экспериментальная версия модели BMW 750hL, которую представили в 2000 году, имеет водородный двигатель на 12 цилиндров. Агрегат успешно работает на таком горючем и способен разогнать автомобиль до скорости около 140 км/час.

Правда, никаких отдельных установок для получения водорода из воды  на машине не имеется. Вместо этого стоит особый бак, который просто заправлен водородом. Запас хода  на полном баке водорода составляет около 300  км. После того, как водород закончится, двигатель в автоматическом режиме начинает работать на бензине.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной).  Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода.  В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Такая реакция образует воду,  при этом электроны из камеры с анодом поступают в электрическую цепь. Указанная цепь подключена к двигателю. Простыми словами, образуется электричество, которое заставляет двигатель работать от такого водородного топливного элемента.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. В результате конечная стоимость транспорта с таким двигателем сильно возрастает.

Водородный двигатель: дальнейшие перспективы

Сегодня над созданием экологичных двигателей трудятся многие компании. Некоторые идут по пути создания двигателей-гибридов, другие делают ставку на электромобили и т.д. Что касается водородных установок, в плане экологии и производительности данный вариант также может в ближайшее время составить конкуренцию ДВС на бензине, газе или дизтопливе.

Водородные двигатели показали себя несколько лучше, чем самые продвинутые электрокары. Например, японская модель Honda Clarity. Единственное, остался такой недостаток, как способы  и возможности заправки. Дело в том, что инфраструктура водородных заправочных станций не особенно развита, причем в мировом масштабе.

Также не особенно большим является и сам выбор водородных  легковых авто. Кроме Honda Clarity можно разве что упомянуть Mazda RX8 Hydrogen, а также BMW Hydrogen 7. Фактически это автомобили-гибриды, которые работают на жидком водороде и бензине. Еще можно добавить в список Mercedes GLC F-Cell. Эта модель имеет возможность подзарядки от бытовой сети электропитания и позволяет пройти до 500 км. на одном заряде.

Дополнительно стоит отметить модель Toyota Mirai. Автомобиль работает только на водороде, одного бака хватает на 600 км. Водородные двигатели еще встречаются на отечественной модели «Нива», а также устанавливаются корейцами на специальную версию внедорожника Hyundai Tucson.

Как видно, с двигателем на водороде активно экспериментируют многие производители, однако такое решение все равно имеет много недостатков. При этом некоторые минусы сильно мешают массовой популяризации.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель GDI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях, принципах работы, а также преимуществах и недостатках моторов данного типа.

Прежде всего, это безопасность и сложность транспортировки такого топлива. Важно понимать, что водород  весьма горюч и взрывоопасен даже при относительно невысоких температурах. По этой причине его сложно хранить и перевозить. Получается, необходимо строить особые водородные резервуары для  авто с данным типом двигателя. Как результат, на практике водородных заправок очень мало.

К этому также можно добавить определенную сложность и высокие расходы на ремонт и обслуживание водородного агрегата, а также необходимость в подготовке и обучении большого количества высококвалифицированного персонала. Если же говорить о самом авто на водороде и его эксплуатационных характеристиках, наличие водородной установки делает машину более тяжелой, закономерно ухудшается управляемость.

Подведем итоги

Как видно, сегодня водородные автомобили и двигатель на воде можно считать вполне реальной альтернативой не только привычным ДВС, которые используют нефтяное топливо, но и электрокарам.

Прежде всего, такие установки менее токсичны, при этом они не нуждаются в дорогостоящем топливе на основе нефти. Также автомобили с водородным двигателем имеют приемлемый запас хода. В продаже имеются и гибридные модели, использующие как водород, так и бензин.

Что касается недостатков и сложностей, машина с водородным двигателем сегодня имеет высокую стоимость, а также могут возникать проблемы с заправкой топливом по причине недостаточного количества заправочных станций. Не стоит забывать и о том, что также не просто найти специалистов, которые способны качественно и профессионально обслужить водородную силовую установку. При этом обслуживание будет достаточно затратным.

Напоследок отметим, что активное строительство трубопроводов для перекачки газа метана обещает в дальнейшей перспективе возможность перекачки по этим же трубопроводам и водорода. Это значит, что в случае роста общего числа авто с водородными двигателями, также высока вероятность быстрого увеличения количества специализированных заправочных станций.

Читайте также

фактов о водороде | Живая наука

Самый распространенный элемент во вселенной, водород также является многообещающим источником "чистого" топлива на Земле.

Назван в честь греческих слов hydro для «воды» и генов для «формирования», водород составляет более 90 процентов всех атомов, что составляет три четверти массы Вселенной, согласно Лос-Аламосская национальная лаборатория. По данным Королевского химического общества, водород необходим для жизни и присутствует практически во всех молекулах живых организмов.Элемент также встречается в звездах и питает вселенную посредством протон-протонной реакции и цикла углерод-азот. По словам Лос-Аламоса, процессы синтеза звездного водорода выделяют огромное количество энергии, поскольку они объединяют атомы водорода в гелий.

Чистого газообразного водорода в атмосфере Земли недостаточно, и, по данным Королевского общества, любой водород, который действительно попадает в атмосферу, быстро ускользает от гравитации Земли. Лос-Аламос сообщает, что на нашей планете водород встречается в основном в сочетании с кислородом и водой, а также с органическими веществами, такими как живые растения, нефть и уголь.

Только факты

  • Атомный номер (число протонов в ядре): 1
  • Атомный символ (в периодической таблице элементов): H
  • Атомный вес (средняя масса атома): 1,00794
  • Плотность : 0,00008988 грамм на кубический сантиметр
  • Фаза при комнатной температуре: газ
  • Точка плавления: минус 434,7 градуса по Фаренгейту (минус 259,34 градуса Цельсия)
  • Точка кипения: минус 423,2 F (минус 252,87 С)
  • Количество изотопов (атомов один и тот же элемент с разным количеством нейтронов): 3 распространенных изотопа, в том числе 2 стабильных
  • Наиболее распространенный изотоп: 1H, естественное содержание 99.9885 процентов

Обнаружение водорода

Роберт Бойль добывал газообразный водород в 1671 году, когда он экспериментировал с железом и кислотами, но только в 1766 году Генри Кавендиш признал его в качестве отдельного элемента, согласно Jefferson Lab. Элемент был назван водородом французским химиком Антуаном Лавуазье.

Водород имеет три общих изотопа: протий, который является просто обычным водородом; дейтерий, стабильный изотоп, открытый в 1932 году Гарольдом С. Юрием; и тритий, нестабильный изотоп, открытый в 1934 году, по данным Jefferson Lab.Разница между тремя изотопами заключается в количестве нейтронов в каждом из них. Водород вообще не имеет нейтронов; Дейтерий имеет один, а тритий имеет два нейтрона, согласно Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. По словам Лос-Аламоса, дейтерий и тритий используются в качестве топлива в ядерных термоядерных реакторах.

Водород соединяется с другими элементами, образуя ряд соединений, в том числе таких, как вода (H 2 O), аммиак (NH 3 ), метан (CH 4 ), столовый сахар (C 12 H 22 O 11 ), перекись водорода (H 2 O 2 ) и соляная кислота (HCl), по данным Jefferson Lab.

Водород обычно получают нагреванием природного газа с паром с образованием смеси водорода и окиси углерода, называемой синтез-газом, которая затем отделяется для получения водорода, согласно данным Королевского общества.

Водород используется для производства аммиака для удобрения, в процессе, называемом процессом Хабера, в котором он реагирует с азотом. Элемент также добавляется в жиры и масла, такие как арахисовое масло, посредством процесса, называемого гидрогенизацией, согласно Jefferson Lab. Другие примеры использования водорода включают ракетное топливо, сварку, производство соляной кислоты, восстановление металлических руд и наполнение воздушных шаров, согласно Лос-Аламосу.Исследователи работают над разработкой технологии водородных топливных элементов, которая позволяет получать значительное количество электроэнергии с использованием газообразного водорода в качестве экологически чистого источника энергии, который можно использовать в качестве топлива для автомобилей и других транспортных средств.

Водород также используется в стекольной промышленности в качестве защитной атмосферы для изготовления плоских листов стекла, в то время как в электронной промышленности он используется в качестве промывочного газа в процессе производства кремниевых чипов, согласно данным Королевского общества.

Этот имитированный вид в истинном цвете Юпитера состоит из 4 изображений, сделанных космическим кораблем НАСА Кассини 7 декабря 2000 года. Разрешение составляет около 89 миль (144 километра) на пиксель. (Изображение предоставлено: NASA / JPL / Университет Аризоны).

Этот имитированный вид в истинном цвете Юпитера состоит из 4 изображений, снятых космическим аппаратом Кассини НАСА 7 декабря 2000 года. Разрешение составляет около 89 миль (144 километра) на пиксель. Предоставлено: NASA / JPL / Университет Аризоны

. Кто знал?

  • Водород является основным компонентом Юпитера и других газовых гигантов, согласно Лос-Аламосу.
  • Первый полет на воздушном шаре был начат в Париже в 1783 году, и газ, используемый в воздушном шаре, был водородом, согласно Национальному музею воздушных шаров. Его использование в заправке дирижаблей закончилось, когда Гинденбург загорелся, по данным Королевского общества.
  • НАСА использует водород в качестве ракетного топлива для доставки экипажа в космос.
  • Сжиженный водород очень холодный и может вызвать сильный обморожение при попадании на кожу.
  • Водород примерно в 14 раз легче воздуха, согласно «Принципам химии».«
  • Французский химик Лавуазье, который дал название водороду, до Французской революции служил финансистом и государственным администратором и был казнен во время революции, согласно Британской энциклопедии.
  • В мире производится около 3 миллиардов кубических футов водорода. По данным Лос-Аламоса, в Соединенных Штатах в год.
  • Водород имеет самую низкую плотность всех газов, согласно данным Королевского общества.
  • Водород является единственным элементом, три общих изотопа которого - протий, дейтерий и тритий - получили разные названия. Лос-Аламос сообщает.

Текущее исследование

Исследователи изучали водород с большим интересом в течение многих лет из-за его потенциала в качестве экологически чистого топлива. «Водород является энергоносителем без углерода, поэтому, когда вы сжигаете его, вы производите только воду», что делает его чистым топливом без каких-либо выбросов, - сказал Ричард Чейн, директор Института исследования водорода в университете. Квебек в Труа-Ривьер в Канаде. Однако существует серьезная проблема с водородным топливом: оно дороже, чем газ.Фактически, в прошлом году старший вице-президент Toyota Боб Картер объявил, что, по оценкам Министерства энергетики, полный бак сжатого водорода первоначально будет стоить около 50 долларов, сообщает Ecomento.com. В целом, затраты, связанные с технологией водородного топлива, являются «очень сложным барьером, потому что на данный момент люди предпочли бы иметь лучшие технологии по текущей цене», - сказал Чейн в интервью Live Science.

Еще одна проблема, связанная с водородным топливом, заключается в том, что сам процесс производства водорода на самом деле не настолько «чистый» и не загрязняет окружающую среду.«На сегодняшний день большая часть производимого водорода получается из природного газа», - говорит Чейн, - этот процесс генерирует углекислый газ (CO 2 ).

Поэтому исследователи искали альтернативные и более безвредные для окружающей среды способы производства водорода, которые в идеале могли бы устранить выбросы CO 2 из процесса. В прошлом году, например, ученые из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработали небольшой «наноразмерный генератор водорода», устройство, которое производит чистый водород с использованием света и графена и без сжигания ископаемого топлива.Текущая версия генератора действительно мала, но, если окажется, что он может быть расширен, он может позволить ученым производить достаточно водорода, чтобы обеспечить топливо для автомобилей и генераторов.

Еще один способ получения водорода, называемый «биологическим расщеплением воды», будет включать использование определенных фотосинтетических микробов, которые используют световую энергию для производства водорода из воды в рамках своих метаболических процессов, согласно Национальной лаборатории возобновляемой энергии, где исследователи В настоящее время расследуется этот процесс.NREL сообщает, что еще один потенциальный метод получения водорода включает ферментацию возобновляемых материалов биомассы. Исследователи из NREL также работают над преобразованием сельскохозяйственных отходов (таких как арахисовая скорлупа) и потребительских отходов (таких как пластмассы и отработанная смазка) в жидкий продукт, называемый биомаслом, компоненты которого затем могут быть разделены на топливо, включая водород. Однако самый чистый способ получения водорода - это расщепление воды на водород и кислород с помощью солнечного света, сообщает NREL.

Дополнительные ресурсы

Follow Live Science @livescience , Facebook & Google+ .

,

Почему водородная экономика не имеет смысла

На этой диаграмме сравниваются полезные требования к транспортной энергии для транспортного средства, работающего от водородного процесса (слева) и электричества (справа). Изображение предоставлено: Ульф Боссел.

В недавнем исследовании эксперт по топливным элементам Ульф Боссел объясняет, что водородная экономика - расточительная экономика. Большое количество энергии, необходимое для выделения водорода из природных соединений (вода, природный газ, биомасса), упаковка легкого газа путем сжатия или сжижения, передача энергоносителя пользователю, плюс потеря энергии при его преобразовании в полезное электричество с топливные элементы оставляют около 25% для практического использования - недопустимая ценность для поддержания экономики в устойчивом будущем.Только нишевые приложения, такие как подводные лодки и космические корабли, могут использовать водород.

«Для выделения водорода из природных соединений требуется больше энергии, чем когда-либо может быть извлечено при его использовании», - объясняет Боссел PhysOrg.com . «Поэтому создание нового химического энергоносителя в виде природного газа не имеет смысла, так как это увеличит потребление газа и выбросы CO 2 .Вместо этого истощающиеся запасы ископаемого топлива должны быть заменены энергией из возобновляемых источников ».

В то время как ученые со всего мира собирали воедино эту технологию, Боссел более широко рассмотрел, насколько реалистичным будет использование водорода для переноса энергии. Его общий энергетический анализ водородной экономики показывает, что высокие потери энергии, неизбежно вытекающие из законов физики, означают, что водородная экономика никогда не будет иметь смысла.

«Преимущества водорода, восхваляемого журналистами (нетоксичность, ожоги водой, изобилие водорода во Вселенной и т. Д.») вводят в заблуждение, потому что производство водорода зависит от наличия энергии и воды, которые становятся все более редкими и могут стать политическими проблемами, так же как и нефть и природный газ сегодня », - говорит Боссел.

«На поле сейчас много денег», продолжает он. «Я думаю, что было ошибкой начинать с« Президентской инициативы », а не с такого тщательного анализа, как этот. Огромные суммы денег были выделены слишком рано, и теперь даже хорошие ученые занимаются проституцией, чтобы получить деньги на исследования для своих студентов или лабораторий - в противном случае они рискуют быть уволенными.Но законы физики вечны и не могут быть изменены дополнительными исследованиями, венчурным капиталом или большинством голосов ».

Хотя многие ученые, в том числе Боссел, предсказывают, что технология для создания водородной экономики находится в пределах досягаемости, ее реализация никогда не будет иметь экономического смысла, утверждает Боссел.

«На рынке водород должен был бы конкурировать со своим собственным источником энергии, то есть с (« зеленым ») электричеством из сети», - говорит он. «По этой причине создание нового энергоносителя является беспроигрышным решением.Мы должны решить энергетическую проблему, а не проблему энергоносителя ".

Расточительный процесс

В своем исследовании Bossel анализирует различные методы синтеза, хранения и доставки водорода, поскольку ни один из методов еще не доказал своего превосходства. Для начала, водород не встречается в природе, но должен быть синтезирован.

«В конечном счете, водород должен быть получен из возобновляемого электричества вначале путем электролиза воды, - поясняет Боссел, - а затем его энергетическое содержание преобразуется обратно в электричество с помощью топливных элементов, когда он рекомбинируется с кислородом в воде.Отделение водорода от воды путем электролиза требует огромного количества электрической энергии и значительного количества воды ».

Кроме того, водород не является источником энергии, а только переносчиком энергии. Как носитель, он играет роль, аналогичную роли воды в гидравлической системе отопления или электронов в медной проволоке. При доставке водорода автомобильным или трубопроводным транспортом затраты на электроэнергию в несколько раз выше, чем для традиционных энергоносителей, таких как природный газ или бензин. Боссел обнаружил, что даже самые эффективные топливные элементы не могут восстановить эти потери.Для сравнения, эффективность "ветра к колесу", по крайней мере, в три раза выше для электромобилей, чем для автомобилей с водородными топливными элементами.

Еще одна головная боль - хранение. При хранении жидкого водорода часть газа должна испаряться по соображениям безопасности - это означает, что через две недели автомобиль потеряет половину своего топлива, даже если его не водят. Кроме того, Боссел обнаружил, что эффективность ввода-вывода не может быть намного выше 30%, в то время как у продвинутых батарей эффективность цикла выше 80%.Боссел обнаружил, что в каждой ситуации расход энергии превышает трехкратный в четыре раза.

«Необходимо построить около четырех возобновляемых электростанций, чтобы доставлять продукцию одного завода стационарным или мобильным потребителям через водород и топливные элементы», - пишет он. «Три из этих установок генерируют энергию для покрытия паразитных потерь водородной экономики, в то время как только одна из них производит полезную энергию».

Этот факт, он показывает, не может быть изменен с улучшением технологии.Скорее, одна четверть эффективности основана на необходимых процессах водородной экономики и свойствах самого водорода, например. его низкая плотность и чрезвычайно низкая температура кипения, которые увеличивают энергетические затраты на сжатие или сжижение и инвестиционные затраты на хранение.

Альтернатива: электронная экономика

Экономически бесполезный водородный процесс приводит к электричеству от водорода и топливных элементов, стоимость которого как минимум в четыре раза больше, чем электричество от сети.Фактически, электричество было бы намного более эффективно использовано, если бы оно вместо этого было направлено непосредственно на приборы. Если бы исходное электричество могло быть напрямую поставлено по проводам, до 90% могло бы быть использовано в приложениях.

«Двумя ключевыми вопросами безопасного и устойчивого энергетического будущего являются сбор энергии из возобновляемых источников и поиск максимальной энергоэффективности от источника к услуге», - говорит он. «Среди этих возможностей биометан [который уже используется для заправки автомобилей в некоторых областях] является важной, но лишь ограниченной частью уравнения энергии.Электричество из возобновляемых источников будет играть доминирующую роль ».

Для Боссел это означает сосредоточиться на создании эффективной «электронной экономики». В электронной экономике большая часть энергии будет распределяться с максимальной эффективностью с помощью электричества, и можно выбрать кратчайший маршрут в существующей инфраструктуре. На эффективность электронной экономики не влияют расточительные преобразования из физической в ​​химическую и из химической в ​​физическую энергию. Напротив, водородная экономика основана на двух таких преобразованиях (электролиз и топливные элементы или водородные двигатели).

«Электронная экономика может предложить самый короткий, самый эффективный и самый экономичный способ доставки устойчивой« зеленой »энергии потребителю», - говорит он. «За исключением биомассы и некоторого солнечного или геотермального тепла, ветер, вода, солнечная энергия, геотермальная энергия, тепло от сжигания отходов и т. Д. Становятся доступными в качестве электричества. Электричество может обеспечить электроэнергию для автомобилей, комфортную температуру в зданиях, тепло, свет, связь и т. Д.

«В будущем устойчивой энергетики электричество станет основным энергоносителем.Теперь мы должны сосредоточить наши исследования на хранении электроэнергии, электромобилях и модернизации существующей электрической инфраструктуры ».

Образец цитирования: Боссел, Ульф. «Имеет ли смысл водородная экономика?» Труды IEEE . Том 94, № 10, октябрь 2006 г.

Лиза Зига, Copyright 2006 Physorg.com


Израильские ученые производят энергию из растений

Цитирование : Почему водородная экономика не имеет смысла (2006, 11 декабря) извлечено 15 июля 2020 г. с https: // физ.орг / Новости / 2006-12-водородная экономика, doesnt.html

Этот документ защищен авторским правом. Кроме честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет Часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержание предоставлено исключительно в информационных целях.

,

Насколько это опасно? - водород как топливо

Теперь, когда вы знаете об опасностях водорода как источника топлива, вы должны быть напуганы перспективой иметь в своем автомобиле полный бак? Не обязательно. Поскольку газообразный водород очень легкий, он быстро рассеивается, смешиваясь с окружающим воздухом и быстро поднимаясь через него. Хотя чистый водород легко воспламеняется, в действительности эта разбавленная водородная смесь не воспламеняется с большей вероятностью, чем бензин.И поскольку он поднимается, он вряд ли останется на земле, где он, скорее всего, причинит вред людям.

Самым известным водородным пожаром в истории был, вероятно, взрыв немецкого дирижабля Гинденбург в 1937 году. Никто точно не знает, как начался пожар - существует несколько теорий - но в Гинденбурге содержалось большое количество водорода, который взрывался в пламя вместе с кожей дирижабля. Из 97 пассажиров и членов экипажа на борту Гинденбурга 35 погибли.Это вредило репутации водорода на протяжении многих десятилетий и, скорее всего, замедляло его использование в качестве топлива; однако нет никаких доказательств того, что кто-либо из жертв был убит самим водородным огнем. Большинство погибло, когда они запаниковали и выпрыгнули из дирижабля. Остальные были убиты, когда огонь распространился на двигатели в результате жжения кожи дирижабля. Между тем водород поднимался над пассажирами и членами экипажа, удерживая водородный огонь над хаосом, происходящим внизу.

Поскольку водородный огонь не излучает столько тепла, сколько большинство пожаров, он с меньшей вероятностью вызывает вторичный пожар.Это не означает, что водородный огонь не сожжет вас, если вы прикоснетесь к нему - он все еще достаточно горячий - но он менее распространен. Что касается водорода, который не имеет запаха и не может быть обнаружен, это может быть в некоторой степени компенсировано добавлением отдушек в водородное топливо, придающих водороду искусственный, но обнаруживаемый запах. Поскольку водород рассеивается, одорант не обязательно будет путешествовать вместе с ним, но вы сможете определить, произошла ли утечка водорода, и предпринять соответствующие действия.

Что касается опасности удушья - это действительно только проблема в замкнутом пространстве, например в гараже.Если утечка водорода происходит на открытом воздухе, быстрое рассеивание водорода означает, что маловероятно, что концентрация газа будет достаточно большой, чтобы представлять опасность для дыхания.

Это не означает, что к водороду не следует относиться с должным уважением к его опасностям, но на практике эти опасности вряд ли будут больше, чем опасности с бензином. Фактически, с его быстрым рассеиванием и тенденцией к росту, водород может представлять меньшую угрозу, чем топливо, которое мы используем сейчас.

Для получения дополнительной информации о водороде, топливных элементах и ​​других связанных темах перейдите по ссылкам ниже.

Связанные Статьи HowStuffWorks

Больше замечательных ссылок

Источники

  • Gizmag. «Honda собирается выпустить автомобиль на водородных топливных элементах - и домашнюю заправочную станцию». (22 августа 2008 г.) http://www.gizmag.com/honda-fuel-cell-fcx/8394/
  • Фридеманн, Алиса.«Водородная экономика - энергетическая и экономическая черная дыра». Изменение культуры 2004 г. (22 августа 2008 г.) http://www.culturechange.org/alt_energy.htm
  • Министерство энергетики США. «Программа по водородным технологиям, топливным элементам и инфраструктурным технологиям: безопасность, коды и стандарты». 17 января 2007 г. (22 августа 2008 г.) http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/codes/
  • Министерство энергетики США. «Водородная безопасность». 1 ноября 2006 г. (22 августа 2008 г.) http: // www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/pdfs/doe_h3_safety.pdf
  • Министерство энергетики США. «Водород и наше энергетическое будущее». 4 сентября 2007 г. (22 августа 2008 г.) http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/pdfs/hydrogenenergy future_web.pdf
  • Министерство энергетики США. «Водородная безопасность для лиц, принимающих первые ответные меры». (22 августа 2008 г.) http://www.hydrogen.energy.gov/firstresponders.html
,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.