Все, что нужно знать о водородном топливе будущего

О том, на сколько же еще далек от потребителя водородный автомобиль

Данная статья является вашим путеводителем в мире транспортных средств, которые используют водород в качестве топлива. Мы рассмотрим водород как альтернативный источник топлива со стороны науки, практичности применения, а также экономики и экономии.

К концу десятилетия, транспортные средства, перемещающиеся на водороде, от таких производителей как GM, Honda, Hyundai, Mercedes-Benz и  Toyota, должны понемногу появляться в дилерских сетях. Они будут надежны и универсальны, хотя и будут стоить целое состояние, плюс ко всему заправить их будет очень нелегко. Очевидно, что для топливных элементов из водорода существует много препятствий, которые нужно преодолеть, чтобы проложить путь к потребителям. Ниже приведена схема, как получается топливный элемент.

схема водородного топливного эллемента

КАК РАБОТАЕТ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И ВООБЩЕ, ЧТО ЭТО ТАКОЕ?

Прокачивая кислород и водород через катоды и аноды, которые находятся в контакте с платиновым катализатором, происходит химическая реакция, в результате которой мы получаем воду и электрический ток. Набор из нескольких элементов (ячеек) необходим для того, чтобы увеличить заряд в 0,7 вольт в одной ячейке, что приведет к более высокому, более полезному напряжению. Топливные элементы могут быть до 80 процентов эффективнее обыкновенного бензина. Кроме того, даже уже существующие и активно применяемые современные альтернативные источники топлива в автомобилях типа растительного масла (об этом подробней тут) или природного газа, не так эффективны как водородное топливо, ввиду того что они не возобновляемы.

ГДЕ МЫ ВОЗМЕМ ВОДОРОД ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ТОПЛИВА?

Революция топливных элементов не может начаться без достаточного количества АЗС, поэтому заметное отсутствие данной инфраструктуры по-прежнему затравливает развитие водорода как альтернативного вида топлива. Хотим отметить, что в данной статье мы будем говорить больше об американском рынке водородного топлива, ибо в России, об этом альтернативном источнике топлива, пока и речи быть не может. Слишком велико лоббирование нефтяных интересов власть имущими. Так вот, старые оправдания уже давно перестали удовлетворять пытливые умы американцев. Все они видят общественные транспортные средства передвигающиеся на топливных элементах, такие как Honda FCX Clarity, которые каждый день перевозят людей на работу и с работы. Так почему же до сих пор нет заправочных станций?

В России похожая ситуация происходит с метановыми заправками. В небольших городах таких заправок существует 1-2 штуки, в результате чего к ним выстраиваются сумасшедшие очереди из маршрутных такси и небольших грузовых автомобилей. Мешает развитию метановых заправок опять же нефтяное лобби. В Америке же причина задержки развития инфраструктуры заправок с водородным топливом немного другая. Об этом далее.

Рядовому Американцу, в зависимости от того, где он живет, возможно, придется немного подождать появления водородных заправочных станций. Еще пять лет назад общественное мнение сходилось на том, что «водородные автомобильные дороги» будут стимулировать будущее, что в США уже планируется посторенние станций вдоль Калифорнийского побережья, от Мэна до Майами.водородные автомобильные заправочные станции

Просто добавь воды. Солнечные водородные станции компании Honda используют энергию солнца и электролизер для того, чтобы отделить «Н» от «О» в Н2О. После отделения водород хранится в баке под давлением в 34.47 МПа (мегапаскаль). Используя только солнечную энергию, станция может производить около  5 700 литров водорода ежегодно (этого топлива практически достаточно для одного автомобиля на год). При подключении к электрической сети, станция может производить до 26 тысяч литров в год.

Теперь появилась новая идея: создать скопление станций в одном месте для обслуживания достаточно большого района. Использование такого плана предполагает развитие данного рыночного сегмента вблизи от заправочных станций, и делает водород более привлекательным видом топлива для потенциального покупателя автомобиля.

То, откуда вы будете брать водородное топливо, также будет зависеть от того, где вы живете и какие ресурсы вам доступны. В ближайшем будущем, АЗС будут заправлять автомобили водородом, доставленным на танкерах с крупных предприятий по реформингу топлива, поставки которого ни чем не будут уступать современным поставкам бензина с нефтеперегонных заводов. В долгосрочной перспективе, местные водородные заводы научаться извлекать пользу из местных ресурсов и из возобновляемых источников энергии.

Способ отделения водорода путем парового метанового реформинга применим к ископаемому топливу, как правило, к природному газу, его нагревают и добавляют катализатор. Природный газ не является возобновляемым источником энергии, но он распространен на территории нашего государства, и Министерство энергетики утверждает, что выбросы автомобилей, работающих на реформированном водороде, вдвое меньше, чем у автомобилей, работающих на бензине. Также реформированный водород производится в больших масштабах и в настоящее время является дешевле, чем водород из других источников. Подробности по данному вопросу вы можете прочитать в нашем материале «Природный газ в автомобиле: следующий шаг на пути к альтернативному источнику энергии - водороду».

Водород также может быть получен из биомассы, такой как сельскохозяйственные отходы, отходы животноводства и сточные воды. Используя процесс, который называется газификация, биомасса находится под воздействием температуры, пара и кислорода с целью образования газа, который после дальнейшей обработки, в конечном итоге дает чистый водород. «Существуют полигоны, уже являющиеся готовыми источниками данного газа, который будет потрачен впустую, а мог бы стать источником водорода», говорит директор по политике Ассоциации по исследованию водородной энергетики и топливных элементов, Джеймс Варнер.

Также существует электролиз, процесс отделение водорода из воды при помощи электрического тока. Этот способ звучит более заманчиво по сравнению с ископаемым топливом и отходами животноводства, но он имеет свои недостатки. В настоящее время способ электролиза является конкурентоспособным в тех районах, где электричество относительно дешевое. Существуют электролизеры, работающие от солнечно энергии или энергии ветра, но расходы возобновляемых источников энергии не достигли того уровня, чтобы вдохнуть жизнь в этот способ получения водородного топлива.

«Как только водород получит свою нишу на топливном рынке, и как только на него будет спрос, как и на различные способы его получения, мы увидим, что больше по нраву потенциальным потребителям», говорит Варнер. «Некоторые из способов добычи водорода потребуют новых законов регулирующих его добычу. Если водород будет пользоваться постоянным спросом, вы увидите, как начнут регулировать правила использования свалочных ресурсов и воды для электролиза».

автомобили на водородеПОНИЖЕНИЕ СТОИМОСТИ И РАЗВИТИЕ МОДЕЛЬНОГО РЯДА

В настоящее время, самым большим препятствием для производителей автомобилей на водородном топливе является стоимость существующих технологий. Например, набор топливных элементов, используемый в автомобилях до настоящего момента, опирается на платину в качестве катализатора. Если не так давно вы посвящали себя поискам обручального кольца или символического подарка для своей любимой, вы наверняка представляете, насколько дорогим является этот металл.

Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории доказали, что замена этого дорогостоящего металла на более распространенные металлы, такие как железо или кобальт, в качестве катализатора является возможной. А ученые из Case Western Reserve University разработали катализатор из углеродных нанотрубок, которые в 650 раз дешевле, чем платина. Переработка катализаторов еще больше может снизить стоимость, хотя автопроизводители пока не озвучивали на сколько.

На этом исследования по совершенствованию водородного топливного элемента не заканчиваются. К примеру Mercedes рассматривает возможность сжатия водорода до давления в 68.95 МПа (мегапаскаль) для того, чтобы на борту транспортного средства могло находиться больше топлива, с передовым литий-ионным аккумулятором в качестве дополнительного хранилища энергии. При таких улучшениях, как считает доктор Герберт Колер, вице-президент компании по исследованию новейших автомобильных технологий, предстоящие транспортные средства будут иметь диапазон, превышающий 1000 км.

От этой технологии, также можно добиться дополнительной эффективности, за счет переработки архитектуры набора элементов. Уже сейчас Министерство энергетики утверждает, что затраты на строительство автомобилей с топливным элементом были снижены на 30 процентов за последние три года и на 80 процентов за последнее десятилетие. В то же время, долговечность топливных элементов увеличилась вдвое, но этого недостаточно, нужно увеличить ее еще в два раза. Современные транспортные средства с топливным элементом, как утверждается, работают, по крайней мере, 2 500 часов (или около 120 000 км), и это недостаточно хорошо. «Чтобы конкурировать с другими технологиями, нам нужно достичь результата в 5 000 часов, как минимум», говорит один из членов ученого совета министерской программы по топливным элементам.

Toyota надеется продать седан, передвигающийся на топливе из водорода, за 50 тысяч долларов США. Несмотря на то, что в конечном счете развитие технологий может снизить затраты, реальные краткосрочные сбережения можно будет получить только от объемного производства. Один из печальных моментов производства состоит в том, что не существует оптовых поставок частей для автомобилей с водородным топливным элементом, даже автомобиль FCX Clarity, который уже находится в серийном производстве, не обеспечен дополнительными частями и оптовыми ценами на них. Но есть надежда, что производители могут установить топливные элементы водорода в уже и так дорогие модели для ранней адаптации, тем самым минимизируя свои потери. «Мы могли бы внедрить эту технологию в автомобили, цены на которые подобны ценам люксовых автомобилей. Пока рынок, не готовый к таким новшествам, переваривал бы эту новинку, мы бы (автопроизводители) в это время наращивали объемы», говорит Стив Эллис, менеджер по продажам автомобилей с топливным элементом компании Honda.

ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С ВОДОРОДНЫМ ТОПЛИВОМ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

Начиная с 2008 года, компания Honda начала ограниченную лизинговую программу для 200 седанов FCX Clarity, которые передвигаются на водородных топливных элементах. Как итог, только 24 клиента из Южной Калифорнии, США, платили в течение трех лет ежемесячный взнос в 600 долларов США. Так как срок аренды истек в 2011 году, компания Honda продлила договора с этими клиентами и подключила новых для своей исследовательской кампании. Вот то, что компания узнала нового за время исследований:

1.       Водители FCX Clarity без проблем осуществляли короткие поездки через город Лос-Анджелес и его округи (Honda утверждает, что FCX может похвастаться диапазоном в 435 км).

2.       Отсутствие необходимой инфраструктуры является основным неудобством для арендаторов, которые живут не рядом с одной из семи водородных заправочных станций в Калифорнии. Все станции находятся недалеко от Лос-Анджелеса, эффективно привязывая автомобили к 240-километровой зоне.

3.       В среднем водители проезжали 19,5 тысяч км за год. Один из первых арендаторов только что пересек показатель в 60 тысяч км.

4.       Продавцы, которые отпускают в лизинг автомобили FCX Clarity проходят специальную подготовку для обучения клиентов. «Этим продавцам задают такие вопросы, каких они никогда прежде не слышали», говорит менеджер по продажам и маркетингу автомобилей Honda с топливными элементами, Стив Эллис.

ПОЛУЧИТ ЛИ ДАННАЯ ПРОГРАММА ПОДДЕРЖКУ ПРАВИТЕЛЬСТВА?

Производители автомобилей и строители инфраструктуры сходятся во  мнении, что одним из способов снижения затрат в краткосрочной перспективе является вмешательство со стороны государства. Что в США, однако, представляется маловероятным.

С министром энергетики Стивеном Чу, администрация Обамы неоднократно пыталась сократить финансирование программы развития топливных элементов, но до сих пор все эти сокращения отменял конгресс.

Акцент на аккумуляторных технологиях сторонникам водорода кажется недальновидным. «Это взаимодополняющие технологии», говорит Стив Эллис, представитель компании Honda. Технология, разработанная для FCX, например, в настоящее время развернута и на электромобиль Fit. «Мы считаем что водородные топливные элементы в сочетании с электромобилями могут дать весьма положительный результат, переплюнув все альтернативные источники энергии, имеющиеся на сегодняшний день и возглавив список самых экономичных машин этого десятилетия».

Что касается инфраструктуры, то те, кто платит из своего кармана за возведение новых заправочных станций говорят, что они не отказались бы от некоторой помощи до тех пор, пока не увеличится спрос на данный вид топлива и не снизятся затраты на возобновляемые источники энергии.

Том Салливан верит в энергетическую независимость настолько сильно, что вложил все деньги, полученные от сети супермаркетов в компанию SunHydro, компанию, которая строит водородные заправочные станции на солнечных батареях. Он считает, что целевое снижение налогов могло бы стимулировать предпринимателей как он вкладывать деньги в строительство подобных станций. «Необходим реальный стимул, чтобы люди вкладывались в подобные предприятия», говорит Том. «Люди, которые находятся в трезвом уме, вероятно, не станут выделять деньги на строительство водородных заправочных станций».

Для Стива Эллиса из компании Honda этот вопрос является как практическим, так и политическим. «Эти технологии нанесут удар по общественным проблемам», говорит он. «Если это так, то поможет ли нам общество перейти на альтернативный вид топлива?» 

А теперь настало время научного видео!

Рейтинг: 
5

© Все права защищены

Комментарии

tag (не проверено)
К таким, по-сути(из-за низкой производительности), индивидуальным заправкам неплохо бы "прикрутить" ветрогенераторные, а где возможно, гидрогенераторные(лучше типа "геликоида" Горлова), термоэлектрические, геотерм-электрические и прочие, контекстно "экологичныные", альтернативные источники "грязного"(нестандартного) электричества для существенной "подгрузки" электролизёра с выходом на коммерческую реализацию сжиженных водорода и кислорода.
Аркадий (не проверено)
Всё это беспредметно. Сколько на сегодня стоит 100км. пробега на водороде?
administrator
527 рублей на 100 км. Это по информации 2015 года. Почем водород на сегодняшний день, я не нашел.
гость (не проверено)
Использование водорода в качестве топлива (экономическая эффективность). Важнейшей характеристикой веществ, используемых в качестве топлива, является их теплота сгорания. Из курса общей химии известно, что реакция взаимодействия водорода с кислородом происходит с выделением тепла. Если взять 1 моль H 2 (2г) и 0,5 моль O 2 (16г) при стандартных условиях и возбудить реакцию, то согласно уравнению Н 2 + 0,5 О 2 = Н 2 О после завершения реакции образуется 1 моль 1 моль H 2 O(18 г) с выделением энергии 285,8 кДж/моль (для сравнения: теплота сгорания ацетилена составляет 1300 кДж/моль, пропана — 2200 кДж/моль). 1 м 3 водорода весит 89,8 г (44,9 моль). Поэтому для получения 1 м 3 водорода будет затрачено 12832,4 кДж энергии. С учётом того, что 1 кВт·ч = 3600 кДж, получим 3,56 кВт·ч электроэнергии. Зная тариф на 1 кВт·ч электричества и стоимость 1 м 3 газа, можно делать вывод о целесообразности перехода на водородное топливо. Например, экспериментальная модель Honda FCX 3 поколения с баком водорода 156 л (содержит 3,12 кг водорода под давлением 25 МПа) проезжает 355 км. Соответственно из 3,12 кг H 2 получается 123,8 кВт·ч. На 100 км расход энергии составит 36,97 кВт·ч. Зная стоимость электроэнергии, стоимость газа или бензина, их расход для автомобиля на 100 км легко подсчитать отрицательный экономический эффект перехода автомобилей на водородное топливо. Скажем (Россия 2008), 10 центов за кВт·ч электроэнергии приводят к тому, что 1м³ водорода приводят к цене 35,6 цента, а с учётом КПД разложения воды 40-45 центов, такое же количество кВт·ч от сжигания бензина стоит 12832,4кДж/42000кДж/0,7кг/л*80центов/л=34 цента по розничным ценам, тогда как для водорода мы высчитывали идеальный вариант, без учёта транспортировки, амортизации оборудования и т. д. Для метана с энергией сгорания около 39 МДж на м³ результат будет ниже в два-четыре раза из-за разницы в цене (1 м 3 для Украины стоит 179$, а для Европы 350$). То есть эквивалентное количество метана будет стоить 10-20 центов.

Добавить комментарий (появится после одобрения администратора)