Автомобиль на водороде: стадия развития
Гараж будущего – это нечто наподобие гардероба. Новый кузов для вашего автомобиля – на выбор. Неизменной остается только платформа с силовой установкой. Проект GM «HIGHWIRE» сейчас проходит испытание. Его кузов можно заменить любым другим, однако не кузов делает «HIGHWIRE» особенным, – это заслуга двигателя. Он работает не на бензине или дизтопливе, а на водороде. Почти все эксперты пришли к мнению, что водород – это топливо будущего. Его значительным преимуществом является то, что во время сгорания он не образует абсолютно никаких вредных выбросов.
Зависимость от ограниченных запасов ископаемого топлива вскоре останется в прошлом. Технологии достигнут такого уровня, что смогут создать новый мир, потому как машины получат доступное топливо на ближайшие 3 тыс. лет. И в этом мире не будет места выхлопным газам. Мы сможем ездить на наших авто и не вредить окружающей среде.
Эксперты предполагают, что к 2030 году количество автомобилей в мире удвоится и будет составлять 800 мл. единиц. Однако во время сгорания бензин и дизтопливо образуют углекислоту, загрязняя и подогревая атмосферу. Сжигая в двигателях водород, этой проблемы не будет.
Внешне водородные автомобили ничем не отличаются от современных моделей, но их силовая установка несколько отличается от традиционного ДВС.
Ключевой химический процесс происходит в, так называемом топливном элементе. Водород и кислород разлагаются на поверхности катализаторов покрытых платиной, а освобожденные электроны производят электрический ток. Если объединить несколько сотен топливных элементов, можно получить достаточно энергии, чтобы привести в движение электромотор. Единственное, что при этом будет выходить из выхлопной трубы – это самая обыкновенная вода.
Принцип топливного элемента был открыт англичанином сером Уильямом Гровом еще в 1839 году. Однако автомобильная индустрия выбрала иной путь – двигатель внутреннего сгорания. В последние 20 лет ученые начали интенсивно работать над топливными элементами. Нынешние достижения базируются на разработках 50-60 гг, которые позволили топливным элементам работать эффективнее и экономнее. С того времени автомобильная индустрия стала движущей силой исследований в области топливных элементов.
Концепт Hydrogen 3 от Оpel имеет силовую установку 82 л.с., максимальную скорость – 150 км/ч и разгоняется до сотни за 16 секунд. Компания GM и ее дочернее предприятие – компания Опель являются на сегодняшний день лидерами в сфере водородных технологий. Вождение этого автомобиля отличается от вождения машины с дизельным или бензиновым двигателем. Во- первых, у данного концепта электрический мотор, который значительно тише. Машина быстро ускоряется и в ней только одна передача. В определенном смысле это напоминает вождение автомобиля с автоматической коробкой, но поскольку передача только одна, то там вообще ничего не переключается.
Прототип Hydrogen 1 проходил очень тщательные испытания в Оризоне. Автомобиль буквально доводили до максимума, чтобы увидеть, на что он действительно способен. Во время этих испытаний Hydrogen 1 побил 15 мировых рекордов для водородных автомобилей. Инженеры особенно довольны испытанием на запас хода – 400 км на одном баке.
Для более глубоких исследований топливных элементов в 1998 году GM и Оpel основали центр для разработки альтернативных силовых установок. Две лаборатории расположены в штатах, и еще одна в Германии. Целью этого проекта является повышение эффективности топливных элементов.
Используя оптимальные материалы и передовые производственные процессы при изготовлении платиновых мембран, инженеры добились значительного успеха. Современные топливные элементы превращают 60% энергии топлива в полезную.
Инженеры GM и Оpel не единственные, кто работает над развитием технологии топливных элементов. Почти каждый автопроизводитель уже построил собственный водородный прототип.
Мюнхенцы из ВМВ пошли своим путем. Компания не только разработала собственный топливный элемент, но и адаптировала двигатель внутреннего сгорания для работы на водороде. Это позволяет автопроизводителю максимально использовать технические достижения и уже имеющуюся производственную базу.
В традиционной концепции автомобиля на топливных элементах колеса приводятся в движение электрическими двигателями. Тесты водородных автомобилей показали, что те пока не способны конкурировать на равных с бензиновыми авто. Причина одна – литр бензина содержит вчетверо больше энергии, чем литр водорода. Эффективность топливного элемента способна только частично компенсировать эту разницу. Специалисты видят выход не в том, чтобы сделать систему более мощной, а в том, чтобы она была более экономной, например, увеличить срок эксплуатации элемента. Совершенные топливные элементы действительно могут изменить автомобильную индустрию.
Еще 10 лет назад топливные элементы считались чем-то бессмысленным. Современные устройства занимают не менее достойное место, чем традиционный двигатель, однако кое-какие проблемы остаются нерешенными.
Разработчики хотят увеличить запас водорода на борту. Сегодня водородные машины способны проехать до 400 км. Неплохо, но недостаточно!
Водород обычно встречается в виде газа. Чтобы он стал альтернативным топливом его необходимо сжать или превратить в жидкость, иначе он не будет содержать достаточно энергии. Однако водород переходит в жидкое состояние при температуре -253°С, поэтому бак должен иметь очень качественную термоизоляцию, иначе все топливо испарится. В этом направлении наблюдается значительный прогресс. Несколько лет назад эти баки были огромными. Они и сегодня не достаточно компактны, но, по крайней мере, их уже можно установить, не потерявши при этом в полезном пространстве. Тот же Hydrogen 3 имеет пять сидений и багажник, как и обычный автомобиль. Запас его хода составляет 400 км.
Чтобы автомобили с водородными двигателями были поставлены на конвейер, им предстоит пройти еще долгий путь в лабораториях и конструкторских бюро. К тому же за это время нужно будет решить проблему поставки достаточного количества водорода. К слову, водород на сегодняшний день является очень дорогим топливом. На заправках он стоит гораздо больше бензина. Отчасти это объясняется тем, что его не вырабатывают в больших объемах. Но если бы он стал распространенным топливом, все бы изменилось.
Водород используется для производства бензина и дизтоплива. Этот процесс называется гидрокрекинг. Если добывать водород из сырой нефти, то высвобождается очень много углекислоты. Это совсем не экологично производить его таким способом, тем более что главная идея водородного двигателя – избавиться от бензина и перестать вредить окружающей среде. Мы нуждаемся в экологичном источнике водорода. В больших масштабах это возможно только в случае использования возобновляемых источников энергии.
Одним из источников водорода может быть вода. Методом электролиза Н2О можно разделить на составляющие водород и кислород, но для этого понадобится электричество. Если водород нужен нам для того, чтобы обезопасить окружающую среду от вредных выбросов, то и производство водорода должно быть безопасным, иначе в нем нет никакого смысла.
И даже, когда проблема добычи водорода будет решена, уйдет еще пару лет на развитие необходимой инфраструктуры, без которой эксплуатация автомобилей на водородных топливных элементах будет невозможна. Сегодня в Европе около 70-ти водородных заправок, четыре из которых в Германии. Одна из них находится в мюнхенском аэропорту и обслуживает несколько прототипов BMW и один автобус, курсирующий между лайнерами и вокзалом. Подсчитано, что для того, чтобы в одной только Германии построить достаточное количество водородных заправок необходимо инвестировать миллиарды евро.
Специалисты считают, что серийные автомобили с водородными двигателями появятся на дорогах Европы не раньше, чем через 20 лет. Однако если это все же случится, то в городах станет намного легче дышать.
