Как работает водородный двигатель в автомобиле?

Традиционный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) имеет ряд существенных недостатков, что заставляет ученных искать ему достойную замену. Самым популярным вариантом подобной альтернативы является электродвигатель, однако он не единственный, кто может составить конкуренцию ДВС. В данной статье речь пойдет о водородном моторе, который по праву считается будущим автомобилестроения и может решить проблему с вредными выбросами и дороговизной топлива.

• Краткая история
• Принцип работы и типы водородного двигателя
  • Силовые установки на основе водородных топливных элементов
  • Водородные двигатели внутреннего сгорания
• Водородный двигатель на современном рынке
• Плюсы и основные недостатки водородных двигателей

Краткая история

Несмотря на то, что сохранность окружающей среды только сейчас стала массовой проблемой, об изменении стандартного двигателя внутреннего сгорания ученые задумывались и раньше. Так, мотор, работающий на водороде, «увидел мир» еще в 1806 году, чему поспособствовал французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз (он производил водород при помощи электролиза воды).

Прошло несколько десятков лет, и в Англии выдали первый патент на водородный двигатель (1841 год), а в 1852 году немецкие ученые сконструировали ДВС, который мог работать на воздушно-водородной смеси.

Чуть позже, во времена блокады Ленинграда, когда бензин был дефицитным продуктом, а водород имелся в достаточно большом количестве, техник Борис Шелищ предложил использовать для работы заградительных аэростатов воздушно-водородную смесь. После этого на водородное питание перевели все ДВС лебедок аэростатов, а общее число работающих на водороде машин достигало 600 единиц.

В первой половине ХХ века интерес общественности к водородным двигателям был невелик, но с приходом топливно-энергетического кризиса 70-х годов ситуация резко изменилась. В частности, в 1879 году компания BMW выпустила первый автомобиль, который вполне успешно ездил на водороде (без взрывов и водяного пара, вырывающегося из выхлопной трубы).

Следом за BMW, в этом направлении начали работать другие крупные автопроизводители, и к концу прошлого столетия практически каждая уважающая себя автокомпания уже имела концепцию разработки машины на водородном топливе. Тем не менее, с окончанием нефтяного кризиса исчез и интерес общественности к альтернативным источникам топлива, хотя в наше время он снова начинает пробуждаться, подогреваемый защитниками экологии, борющимися за снижение токсичности выхлопных газов автомобилей.

Более того, цены на энергоносители и желание обрести топливную независимость только способствуют проведению теоретических и практических исследований ученными многих стран мира. Самыми активными являются компании BMW, General Motors, Honda Motor, Ford Motor.

Принцип работы и типы водородного двигателя

Основным отличием водородной установки от традиционных двигателей является способ подачи топливной жидкости и последующее воспламенением рабочей смеси. При этом принцип трансформации возвратно-поступательных движений кривошипно-шатунного механизма в полезную работу остается неизменным. Учитывая, что горение нефтяного топлива происходит достаточно медленно, топливно-воздушная смесь наполняет камеру сгорания раньше, чем поршень займет свое крайнее верхнее положение (так называемую верхнюю мертвую точку).

Стремительная реакция водорода дает возможность сдвинуть время впрыска ближе к тому моменту, когда поршень начинает возвращаться к нижней мертвой точке. Нужно отметить, что давление в топливной системе не обязательно будет высоким.

Если водородному двигателю создать идеальные рабочие условия, то он может иметь топливную систему питания закрытого типа, когда процесс смесеобразования будет проходить без участия атмосферных воздушных потоков. В таком случае после такта сжатия в камере сгорания остается водяной пар, который, проходя через радиатор, конденсируется и снова превращается в обычную воду.

Однако применение такого вида устройства возможно только тогда, когда на транспортном средстве имеется электролизер, отделяющий водород от воды для его повторной реакции с кислородом. На данный момент добиться таких результатов крайне сложно. Для стабильной работы двигателей применяется моторное масло, а его испарения являются частью выхлопных газов.

Поэтому беспроблемный запуск силовой установки и ее устойчивая работа на гремучем газе без использования атмосферного воздуха – пока что неосуществимая задача. Различают два варианта автомобильных водородных установок: агрегаты, функционирующие на основе водородных топливных элементов, и водородные двигатели внутреннего сгорания.

Силовые установки на основе водородных топливных элементов

В основе принципа работы топливных элементов лежат физико-химические реакции. По сути, это те же свинцовые аккумуляторные батареи, вот только коэффициент полезного действия топливного элемента несколько выше, чем АКБ, и составляет около 45% (иногда больше).

В корпус водородно-кислородного топливного элемента помещена мембрана (проводит только протоны), разделяющая камеру с анодом и камеру с катодом. В камеру с анодом поступает водород, а в камеру катода – кислород. Каждый электрод заранее покрывают слоем катализатора, в роли которого нередко выступает платина. При его воздействии молекулярный водород начинает терять электроны.

В это же время протоны проходят через мембрану к катоду и под влиянием того же катализатора соединяются с электронами, поступающими снаружи. В результате реакции образуется вода, а электроны из камеры анода перемещаются в электроцепь, подсоединенную к мотору. Проще говоря, мы получаем электрический ток, который и питает двигатель.

Водородные двигатели на основе топливных элементов сегодня используются на автомобилях «Нива», оснащенных энергоустановкой «Антэл-1», и машинах «Лада 111» с агрегатом «Антел-2», которые были разработаны уральскими инженерами. В первом случае одного заряда хватает на 200 км, а во втором – на 350 км.

Следует отметить, что из-за дороговизны металлов (палладия и платины), входящих в конструкцию таких водородных двигателей, подобные установки имеют очень большую стоимость, что существенно увеличивает и цену транспортного средства, на котором они установлены.

Водородные двигатели внутреннего сгорания

Данный тип силовых установок очень похож на распространенные сегодня моторы на пропане, поэтому, чтобы перейти с пропана на водородное топливо, достаточно просто перенастроить двигатель. Уже существует немало примеров подобного перехода, но нужно сказать, что в этом случае КПД будет несколько ниже, чем при использовании топливных элементов. В то же время, для получения 1 кВт энергии водорода потребуется меньше, что вполне компенсирует данный недостаток.

Использование этого вещества в обычном моторе внутреннего сгорания вызовет целый ряд проблем. Во-первых, высокая температура сжатия «заставит» водород вступить в реакцию с металлическими элементами двигателя или даже моторным маслом. Во-вторых, даже небольшая утечка при контакте с раскаленным выпускным коллектором точно приведет к возгоранию.

По этой причине для создания водородных конструкций используются только силовые агрегаты роторного типа, так как их конструкция позволяет уменьшить риск возгорания за счет расстояния между впускным и выпускным коллектором. В любом случае, все проблемы пока удается обходить, что позволяет считать водород достаточно перспективным топливом.

Хорошим примером транспортного средства с водородной установкой может послужить экспериментальный седан BMW 750hL, концепт которого был представлен еще в начале 2000-х годов. Автомобиль оснащен двенадцатицилиндровым мотором, работающим на основе ракетного топлива и позволяющим разогнать машину до 140 км/час. Водород в жидкой форме хранится в специальном баке, и одного его запаса хватает на 300 километров пробега. Если же он полностью расходуется, система автоматически переключается на бензиновое питание.

Водородный двигатель на современном рынке

Последние исследования ученых в области эксплуатации водородных двигателей показали, что они не только очень экологичны (как электродвигатели), но могут быть очень эффективными в плане производительности. Более того, по техническим показателям водородные силовые установки обходят своих электрических собратьев, что уже было доказано (к примеру, Honda Clarity).

Также следует отметить, что, в отличие от систем Tesla Powerwall, водородные аналоги имеют один существенный недостаток: зарядить аккумулятор при помощи солнечной энергии уже не получится, а вместо этого придется искать специальную заправочную станцию, которых на сегодняшний день даже в мировом масштабе насчитывается не так уж и много.

Сейчас Honda Clarity выпущен достаточно ограниченной партией, и приобрести автомобиль можно только в Стране восходящего солнца, так как в Европе и Америке транспортное средство появится только в конце 2016 года.

Также в наше время выпускаются и другие транспортные средства, использующие водородное топливо. К ним относятся Mazda RX-8 hydrogen и BMW Hydrogen 7 (гибриды, работающие на жидком водороде и бензине), а также автобусы Ford E-450 и MAN Lion City Bus.

Среди легковых автомобилей самыми заметными представителями водородных транспортных средств на сегодня являются автомобили Mercedes-Benz GLC F-Cell (есть возможность подзарядки от обычной бытовой сети, а суммарный запас хода составляет около 500 км), Toyota Mirai (работает только на водороде, и одной заправки должно хватать на 650 км пути) и Honda FCX Clarity (заявленный запас хода достигает 700 км). Но и это еще не все, ведь автотранспорт на водородном топливе выпускается и другими компаниями, например, Hyundai (Tucson FCEV).

Плюсы и основные недостатки водородных двигателей

При всех своих преимуществах, нельзя сказать, что водородный транспорт лишен определенных недостатков. В частности, необходимо понимать, что горючая форма водорода при комнатной температуре и нормальном давлении представлена в виде газа, что вызывает определенные трудности в хранении и транспортировке такого топлива. То есть существует серьезная проблема конструирования безопасных резервуаров для водорода, применяющегося в качестве топлива для автомобилей.

Кроме того, баллоны с этим веществом требуют периодической проверки и сертификации, которые могут выполняться только квалифицированными специалистами, имеющими соответствующую лицензию. Также к этим проблемам стоит добавить и дороговизну обслуживания водородного мотора, не говоря уже об очень ограниченном количестве заправочных станций (по крайней мере, в нашей стране).

Не стоит забывать и о том, что водородная установка увеличивает вес автомобиля, из-за чего он может оказаться не столь маневренным, как вам бы того хотелось. Поэтому, учитывая все вышесказанное, хорошенько подумайте: стоит ли приобретать водородное транспортное средство, или пока с этим лучше повременить.

Однако нужно сказать, что и преимуществ в подобном решении немало. Во-первых, ваш автомобиль не будет загрязнять окружающую среду токсичными выхлопными газами, во-вторых, массовое производство водорода может помочь решить проблему резко меняющихся цен на топливо и перебоев в поставках обычных видов топливных жидкостей.

К тому же, во многих странах уже построены сети трубопроводов для метана, и их несложно адаптировать для прокачки водорода с последующей доставкой к заправкам. Производить водород можно как в малых масштабах, то есть на местном уровне, так и массово – на крупных, централизованных предприятиях. Рост производства водорода послужит дополнительным стимулом для роста поставок этого вещества в бытовых целях (например, для отопления домов и офисов).

Как работает водородный двигатель

Уже который год подряд со всех экранов нам рассказывают о том, что запасы нефти подходят к концу. И скоро придётся массово переходить на новые источники энергии, которые смогут полноценно заменить так называемое чёрное золото.

Пока никакого острого дефицита нефти мир не испытывает. Но всё же работа над поисками альтернативного топлива ведётся очень активно. Одним из них стал водород. Водородные автомобильные двигатели уже сегодня существуют, причём их не так мало, как может показаться. Этот вид топлива характеризуется незначительной токсичностью и при этом способен похвастаться превосходным коэффициентом полезного действия.

Главное достоинство водорода в том, что это практически неограниченный ресурс, в отличие от той же нефти. Но чтобы понимать возможности, суть и перспективы водородных моторов, нужно изучить их более детально.

Немного истории

В 70-х годах прошлого века наблюдался период достаточно острого дефицита горючего, изготовленного на основе нефтепродуктов. Именно тогда инженеры начали проявлять повышенный интерес к такому ресурсу как водород.

Если говорить о самих разработчиках, то первым, кто презентовал автомобильный водородный мотор, оказалась компания Toyota. Их проект появился на выставке только в 1997 году и носил название FCHV. Это был прототип кроссовера, но по тем или иным причинам серийный выпуск так и не начался.

Хотя старт оказался неудачным, автокомпании не остановились, а продолжили исследования и поиски выхода из ситуации. В этом компоненте преуспели японские и корейские производители в лице Honda, Toyota и Hyundai. Также определённые шаги в сторону водородных моторов делают представители General Motors, Nissan, BMW, Volkswagen и Ford.

Пусть к автомобилям это не имеет прямого отношения, но 2016 год стал знаковым, поскольку появился поезд, работающий на водороде. Создали его в компании Alstom. Немцы планируют в ближайшие несколько лет убрать около 4 тысяч своих дизельных локомотивов, и заменить их на водородные составы Coranda iLint. Помимо Германии, эти поезда хочет закупить Дания, Норвегия и ряд других государств.

Водород как горючее

Первым делом хочется понять, что собой представляет двигатель на водороде. А для этого нам необходимо изучить сам водород как эффективный источник энергии, то есть альтернатива привычному нам топливу.

Каждый прекрасно знает, что в обычном двигателе с системой внутреннего сгорания, который работает на бензине, происходит смешивание топлива с воздухом. Затем эта смесь поступает внутрь цилиндров, где и сгорает. Это создаёт энергию для перемещения поршней, что и способствует в итоге движению ТС.

У водорода есть свои нюансы, которые проявляются в следующем:

• когда сжигается смесь с использованием водорода, на выходе получается только обычный водяной пар;
• на воспламенение водорода уходит меньше времени, чем в случае с дизельным или традиционным бензиновым топливом;
• детонационная устойчивость вещества способствует увеличению степени сжатия;
• показатели теплоотдачи состава превосходят топливовоздушную смесь на 250%;
• водород является летучим газом, из-за чего он может проникать в малейшие полости и зазоры;
• лишь некоторые металлы способны справиться с воздействием воспламеняющегося водорода;
• такое топливо можно хранить в жидком или сжатом агрегатном состоянии;
• если ёмкость получает пробой или небольшую трещину, всё топливо испаряется довольно быстро;
• чтобы вступить в реакцию с кислородом, нижний уровень газа составляет 4%;
• последняя особенность позволяет настраивать необходимые оптимальные режимы для двигателя за счёт дозировки консистенции.

Если принимать во внимание все рассмотренные особенности, можно с уверенностью сказать, что вариант с использованием чистого водорода в обычном ДВС невозможен. Чтобы добиться желаемого, необходимо обязательно внести некоторые изменения в конструкцию, а также установить дополнительное оборудование.

В чём опасность такого топлива

Водород позиционируется как взрывоопасное вещество. Именно это можно справедливо считать главной опасностью и проблемой всей технологии водородных моторов.

Сочетаясь с окислителем, в качестве которого выступает кислород, увеличивается риск воспламенения, и также возникает угроза взрывов. Исследования показатели, что на воспламенение водорода уходит около десятой доли энергии, требуемой при воспламенении топливовоздушной смеси. Фактически можно обойтись небольшой статической искрой, дабы водород вспыхнул.

Есть ещё одна опасность. Газ невидимый, и даже в процессе горения его практически незаметно. Невидимость огня усложняет возможность бороться с ним.

Нельзя забывать об опасности вещества для самого человека. Находясь в зоне с повышенной концентрацией газа в воздухе, может наступить удушье. А распознать наличие вещества крайне проблематично. Объясняется это отсутствием запаха и цвета. То есть человеческий газ не способен его разглядеть, а нос не может разнюхать.

В качестве последнего аргумента в пользу того, что водород действительно опасен, выступает факт его очень низкой температуры в случае нахождения в сжиженном состоянии. Контакт с таким веществом способен спровоцировать обморожение.

Устройство

На практике схема устройства водородного двигателя напрямую зависит от того, к какому типу он относится.

Существует несколько вариантов моторов, где в качестве топлива применяется водород. При этом делятся они на 3 группы:

• ТС, конструкция которых предусматривает наличие сразу 2 энергоносителей. Такие автомобили экономичные, могут использовать в работе водород или топливную смесь. Их КПД находится на уровне 90-95%. Если брать тот же дизельный двигатель, его КПД составляет 50%, а бензиновые моторы не могут похвастаться КПД более 35-40%. Подобные машины соответствуют экологическим требованиям Евро 4;
• Машины с электромоторами, которые питают специальные водородные элементы. В настоящее время существуют двигатели, у которых КПД составляет от 75%;
• Обычные ТС, где для работы используется смесь или же непосредственно сам чистый водород. Их КПД поднялся ещё на 20%.

Ранее уже был отмечен тот факт, что устройство, то есть конструкция двигателя, питающегося водородом, практически не имеет существенных отличий в сравнении с классическими ДВС на бензине или дизеле. Исключением являются только некоторые элементы и дополнительное оборудование.

Главной отличительной особенностью в плане конструкции и устройства считается способ, который используется для подачи топлива в камеру, а также дальнейшее воспламенение. Если же говорить о преобразовании энергии, которая приводит в движение кривошипно-шатунный механизм, то здесь всё аналогично с традиционными моторами.

Принцип работы

Куда интереснее разобраться в том, как же работают водородные двигатели. Это во многом определит основные особенности подобных силовых установок, а также позволит ответить на некоторые интересующие автолюбителей вопросы.

Чтобы ознакомиться с принципом работы водородного двигателя, следует рассмотреть отдельно два типа установок. Это практически классические ДВС и моторы, имеющие водородные элементы. У каждого из них есть свои отличия и особенности работы.

Теперь рассмотрим два типа двигателей отдельно и изучим принцип их работы.

Системы внутреннего сгорания

Это неплохой и перспективный аналог классическому ДВС, где в качестве рабочей жидкости, то есть топлива, используется водород.

В случае с обычным мотором с системой внутреннего сгорания топливовоздушная смесь сгорает медленнее, нежели в случае с водородом. Топливо оказывается в камере до того, как поршень достигает ВМТ.

Если говорить о водородных аналогах, то тут большую роль играет способность мгновенного воспламенения вещества. Это позволило сместить время, когда происходит впрыск. Делается это в момент движения поршня в обратном направлении. А чтобы мотор мог нормально работать, не требуется большое давление. Тут достаточно не более 4 атмосфер.

При оптимальных условиях водородные ДВС могут работать совместно с системой питания закрытого типа. Это означает, что при формировании топливной смеси не используется кислород, то есть воздух, забираемый из атмосферы. Когда такт сжатия завершается, внутри цилиндра остаётся пар. Он перенаправляется в радиатор, происходит процесс конденсации и появляется вода. Такую систему можно реализовать, если на авто присутствует устройство под названием электролизер. Это девайс, позволяющий отделить водород от воды, чтобы затем создать реакцию с кислородом.

Но на практике реализовать подобные системы не удалось. Это обусловлено тем, что для обеспечения эффективной работы ДВС и уменьшения трения в нём применяют моторное смазочное масло. Масло испаряется и становится составным компонентом выхлопа. В результате в настоящее время кислород крайне необходим в процессе работы водородных силовых установок.

Водородные элементы

Ещё один водородный двигатель, который может применяться для автомобиля, предусматривает использование водородных элементов.

Здесь принцип действия основывается на химических реакциях. На кожухе мотора предусмотрено наличие специально мембраны, способной проводить лишь протоны, а также электродной камеры. Внутри последней располагается анод с катодом.

В секцию с анодом поступает водород, а в катодной камере обеспечивается подача кислорода. При этом на электродах имеется напыление, которое выполняет роль ускорителя реакции или катализатора. Чаще всего в качестве катализаторного напыления используют платину.

Воздействие каталитического компонента способствует тому, что водород теряет свои электроны. Затем протоны проходят через специальную мембрану и поступают на катод. Под действием катализатора образуется самая обычная вода. Электроны, выходящие из анодной камеры, поступают в электросеть, которая при этом подключается к двигателю. Такая схема и создаёт питание для мотора, и обеспечивает его возможность приводить в движение автомобиль.

Топливные водородные элементы отличаются своей способностью создавать электроэнергию для питания электромоторов. Это позволяет заменить классические ДВС и использовать элементы как источник питания бортовой сети на авто.

К применению топливных элементов пришли достаточно давно. Впервые их использовали аж в 1959 году американские инженеры.

На практике эти элементы получили широкое распространение. Можно выделить несколько основных сфер их использования:

• Автотранспорт. У водородных топливных элементов гораздо более высокий КПД, нежели у стандартного ДВС. При первом испытания коэффициент составил 57%. В настоящее время элементы активно применяются и тестируются в компаниях Honda, Nissan, Volkswagen, Ford и пр.;
• Железнодорожный транспорт. Около 60% от всех ТС на железной дороге занимают тепловозы. Водородные составы активно внедряются в Японии, США, Германии и иных развитых странах;
• Морской транспорт. Наиболее распространение водородные элементы получили в составе подводных судов. Сейчас самыми активными разработчиками являются немцы и испанцы;
• Авиация. Первые летальные машины, где использовались водородные двигатели, разработали и создали ещё 40 лет назад. В настоящее время водородные элементы внедряют в беспилотники.

Водород как основа работы соответствующих двигателей также применяется в создании велосипедов, мопедов, вилочных погрузчиков, машин для гольфа, тракторов и целого ряда другой техники.

Проблемы эксплуатации ДВС

В настоящий момент водородный двигатель не может в полной мере заменить традиционные моторы для автомобиля. Понимая принцип его работы, нельзя забывать о факторе опасности вещества.

Автопроизводители не смогут поголовно оснащать свои машины мотором, работающим на водороде, пока не устранят ряд препятствий. Главным из них считается сложность получения самого газа. Плюс комплектующие стоят дорого, что в настоящий момент делает производство слишком затратным.

Также есть проблемы с обеспечением надлежащего хранения вещества. Ведь чтобы поддерживать газ в нужном состоянии, требуется постоянно поддерживать температуру на уровне около -253 градусов.

Самым простым способом, который используют для получения газа, является электролиз обычной воды. Для промышленных масштабов нужны огромные энергозатраты на электролиз. С целью повышения рентабельности речь заходит об использовании ядерной энергетики. Но риски слишком высокие, потому инженеры и учёные думают над тем, как отыскать достойную альтернативу.

Чтобы перевозить и хранить полученный газ, применяются очень дорогие материалы и специальные механизмы, обладающие повышенным качеством и соответствующей стоимостью.

В процессе эксплуатации есть и другие сложности и препятствия, среди которых стоит выделить следующие:

• Опасность взрыва. Если газ начнёт выходить из хранилища или просто из бака авто в условиях закрытого помещения, даже наличие небольшого источника энергии, такого как включённая лампочка в гараже, спровоцирует взрыв. А в случае нагретого воздуха ситуация становится ещё более опасной. Вещество обладает повышенной проницаемостью, что может спровоцировать попадание газа в коллектор выхлопной системы. В этой связи предпочтительнее для водорода использовать роторные двигатели;
• Хранение. Оно предусматривает применение больших ёмкостей со специальными системами, защищающими от улетучивания. Также требуется защита от механических повреждений. В случае с грузовиками и большими автобусами это не проблема. А вот применительно к легковым авто появляются сложности, поскольку под бак отводится большое количество кубометров;
• Негативное влияние и разрушение цилиндропоршневой группы. Это становится возможным, когда водород имеет высокую температуру и сталкивается с большими нагрузками. Страдает ЦПГ и смазка. Чтобы исключить эти проблемы, требуется специальный сплав и особые смазывающие компоненты, которые увеличивают стоимость изготовления водородных моторов. Отсюда и высокая цена самих автомобилей.

Проблем объективно много. Насколько они решаемые, говорить сложно. Хотя разработчики уверены, что изменить ситуацию в лучшую сторону возможно. И уже делаются большие шаги, подтверждающие подобные заявления.

Преимущества и недостатки

Для лучшего понимания того, как обстоят дела с водородными моторами сейчас, и насколько перспективными являются двигатели на водородном топливе, следует рассмотреть их сильные и слабые стороны.

Начнём с преимуществ. К ним можно отнести следующие факторы:

• Доступность топлива. Поскольку газ получают из воды, причём абсолютно из любой, этот ресурс можно считать практически безграничным. Если удастся усовершенствовать электролиз или разработать другую эффективную технологию извлечения Н2 из Н2О, в качестве источника вещества можно будет применять даже сточные воды;
• Экологическая безопасность. Внедрение таких моторов позволит полностью решить проблему загрязнения машинами окружающей среды. Масштабный переход на водород снизит опасный парниковый эффект. Звучит громко, но это топливо способно спасти нашу планету. Такой выхлоп совершенно безопасен для человека. По сути на выходе из выхлопной трубы получается дистиллированная, очищенная вода. Сотрудники компании Toyota доказали, что эту воду можно пить безо всяких опасений;
• Опыт. Поскольку разработка водородных моторов ведётся не один десяток лет, целый ряд проблем и ограничений уже удалось преодолеть. Инженеры и учёные не стоят на месте, у технологии есть хорошие перспективы;
• Универсальность. Водород может применяться не только в ДВС, но и на электромобилях, питая за счёт топливных элементов электромоторы;
• Двигатели с таким типом топливо создаёт минимальный шум в процессе своей работы;
• Двигатели становятся более приёмистыми, мощными и производительными, повышается КПД в сравнении с классическими ДВС;
• Сам водород расходуется в незначительном количестве в процессе эксплуатации авто;
• Автомобили на таком виде горючего характеризуются большим запасом хода, то есть могут проехать большую дистанцию без дозаправки;
• Обслуживание ДВС на водороде не сложнее, чем работа с дизельными или бензиновыми двигателями;
• Высокий потенциал. Тоже большой плюс, который в полной мере проявится, когда удастся исключить хотя бы несколько текущих недостатков технологии.

И тут мы плавно переходим к минусам.

Недостатки у водородных моторов действительно есть. Причём они достаточно существенные и весомые. Эти минусы не позволяют говорить о скором массовом внедрении водорода как замены бензину или дизельному горючему.

1. Газ сложно извлекать из воды. Хотя водород чуть ли не самый распространённый газ на нашей планете, встретить его в чистом виде проблематично. Он мало весит, из-за чего поднимается и остаётся в самых верхних слоях нашей атмосферы. Газ на атомном уровне вступает в реакцию с другими компонентами, из-за чего мы получаем такие вещества как вода, метан и пр. Пока извлечение водорода из воды является крайне нерентабельным, что стало главным препятствием по внедрению водородных моторов. Цена за 1 литр газа в сжиженном состоянии может составлять от 3-4 до 10-12 долларов.
2. Дефицит АЗС. Также большой проблемой считается минимальное количество автозаправочных станций, которые предлагают своим клиентам водород. Само оборудование для заправки очень дорогое. Плюс самих машин очень мало.
3. Высокая стоимость модернизации ДВС. В теории водород можно заправлять в обычные ДВС. Но чтобы применять новый вид горючего, в двигатель требуется внести некоторые изменения. Если всё оставить без изменений, произойдёт падение мощности на 30-40%, и параллельно уменьшится моторесурс. Также водород характеризуется выделением тепла с повышенной температурой, которая быстро начинает разрушать традиционные для нынешних ДВС поршни и клапана. Фактически двигателю приходилось бы работать в режиме постоянных чрезмерных нагрузок. То есть без серьёзной модернизации классический ДВС использовать для работы на водороде нельзя.
4. Большие цены на материалы. Именно высокая стоимость основных материалов, необходимых для водородных моторов, является ключевым препятствием в вопросе их развития. Платина, выступающая как катализатор, невероятно дорогая, и для обычного автомобилиста недоступная. Потому стоит лишь надеяться на поиски более дешёвых альтернативных материалов.
5. Взрывоопасность и возможность возникновения пожара. Весомый аргумент, который говорит не в пользу этого типа топлива для двигателей.
6. Повышение веса автомобиля. Мощные аккумуляторы, преобразователи, более прочные и массивные материалы для двигателя приводят к суммарному заметному увеличению веса ТС.
7. Проблема хранения. Такое топливо можно хранить при высоком давлении, либо в сжиженном состоянии. У каждого их них есть свои подводные камни и объективные сложности с реализацией хранилища.

Также учёные до конца не понимают, насколько губительным может оказаться водород при его резком увеличении в плане количества для и без того находящегося в плачевном состоянии озонового слоя. Относить это к недостаткам сложно, но и преимуществом точно не назовёшь.

Перспективы

Использование такого газа как водород потенциально может открыть невероятные большие перспективы. Причём здесь речь идёт не только про автомобильный двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, но и про целый ряд других сфер применения. В их числе авиация, железнодорожный транспорт, морские суда и пр. Помимо применения в ДВС, водород также может использоваться для питания и работы вспомогательной техники, механизмов и разного оборудования.

Уже сейчас ведущие автопроизводители уделяют большое внимание возможности внедрить в массовое производство водородные ДВС. Среди них такие гиганты как Volkswagen, General Motors, Toyota, BMW и пр.

В настоящее время существуют автомобили, под капотом которых находятся водородные силовые установки. При этом они отлично функционируют, мало чем уступают традиционным ДВС на бензине и дизтопливе, а также обладают некоторыми существенными преимуществами.

Чтобы говорить о серьёзных перспективах и массовом внедрении водорода, требуется решить хотя бы несколько главных недостатков. Эксперты уверены, что при наличии способа уменьшить стоимость газа, а также при постройке большего количества АЗС и обучении кадров для обслуживания водородных моторов, множество таких машин обязательно станут нормой на дорогах.

Технологии-конкуренты

Автопроизводители пока не могут или не хотят в полной мере сконцентрироваться на водородных технологиях, поскольку у неё есть ряд серьёзных конкурентов.

Можно выделить следующие виды моторов, которые не дают водородным ДВС и топливным элементам на водороде развиваться, совершенствоваться и массово выходить на рынок.

1. Гибридные установки. Это автомобили, способные использовать одновременно несколько источников энергии. Зачастую в машину внедряют обычный ДВС и электромотор. Также бывают варианты, когда обычный двигатель на бензине работает вместе с узлом, питающимся сжатым воздухом.
2. Электрокары. Сейчас активно развиваются и распространяются полностью электрические авто. Это машины, которые двигаются за счёт работы одного или нескольких электромоторов. Они питаются от специальных аккумуляторов или топливных элементов. ДВС здесь не используют.
3. Жидкий азот. Вещество помещается в специальные ёмкости. Сам процесс работы выглядит так. Топливо нагревается за счёт работы специального механизма. Это приводит к испарению и образованию газа высокого давления. Этот газ идёт в двигатель, где воздействует на поршни или роторы, передавая свою энергию. Пока такие авто не получили широкого распространения.
4. Сжатый воздух. Здесь основой всей силовой установки выступает пневмодвигатель. Пневматический привод заставляет машину двигаться. Топливовоздушная смесь заменена на сжатый воздух. Эта система является частью современных гибридных автомобилей.

У водорода достаточно много конкурентов. И в настоящий момент самым главным соперником справедливо считается электродвигатель.

Насколько сильно ситуация изменится в ближайшие несколько лет, говорить сложно. О каких-то резких изменениях и открытиях говорить вряд ли стоит. Но есть вероятность того, что через 10-20 лет водород станет куда более эффективным и доступным. Тем самым начнут появляться серийные водородные автомобили в большом количестве. Примерно так сейчас обстоят дела с электрокарами.

Современные водородные автомобили

Поскольку водород стал достаточно перспективным и привлекательным вариантом топлива для автомобилей, многие автокомпании серьёзно заинтересовались в создании водородных машин.

Нельзя сказать, что их огромное количество. Но несколько ярких представителей выделить можно. К ним относятся:

• Fuel Cell Cedan или просто FCV. Это автомобиль от компании Toyota. Они специально поместили ёмкость для водорода под пол, чтобы сэкономить пространство в салоне и багажнике. Легковой автомобиль предназначен для городской эксплуатации. Купить его можно за 68 тысяч долларов;
• Разработка компании BMW. Фактически это BMW 7 серии, куда поместили особый двигатель, способный переключаться с одного вида топлива на другой;
• Авторами этого проекта выступают инженеры компании Honda. Машина способна проехать на водороде около 600 километров. Заправка занимает 3-6 минут;
• Машина от компании Toyota. Причём это серийный автомобиль, которые начали продавать в Японии ещё с 2014 года, а в США машина появилась в 2015 году. Заправляется полный бак водородом в течение 5 минут, а запас хода составляет 500 километров;
• H-Tron. Это концепт в исполнении компании Audi, который немцы продемонстрировали в рамках автосалона в городе Детройт. Производитель уверяет, что модель рабочая, может проехать на полном баке 600 километров, а до 100 километров в час разгоняется за 7 секунд.

У таких компаний как Hyundai, Lexus, BMW, Mercedes и Ford есть определённые прототипы, задумки и пресс-релизы, связанные с выпуском их собственных водородных автомобилей. Но тут речь идёт только о перспективах. Те же концерны Lexus и BMW (в сотрудничестве с Toyota) обещают презентовать свои машины в 2020 году. Насколько эти заявления соответствуют действительности, и сможем ли мы увидеть рабочие прототипы или предвестников серийных моделей, говорить сложно.

Водородная технология достаточно спорная и неоднозначная. Имеется ряд преимуществ, перспектив и предпосылок, но в настоящее время реализовать полный потенциал невозможно. Отсутствуют возможности и методы дешёвого извлечения водорода из воды. А это во многом останавливает движение на пути к дальнейшему развитию.

У водородных моторов есть будущее. Но чтобы оно было светлым и перспективным, предстоит проделать огромную работу. Получится или нет, вопрос сложный и практически не имеет однозначного ответа.

Как работают водородные автомобили » 1Gai.Ru

В мире в последние годы наблюдается повышенный интерес к альтернативным источникам энергии. Не обошла эта тенденция и автопромышленность, которая является главным источником загрязнения атмосферы Земли. Именно поэтому большинство стран мира планируют к 2030 году отказаться от использования автомобилей с традиционными двигателями внутреннего сгорания.

 

Смотрите также: Автомобили и экология: Запретят ли автомобили?

 

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

 

Принцип работы

Это химическая реакция происходящая в водородном топливном элементе.

 

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

 

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

 

Преимущества

Подобно электромобилям данные транспортные средства, что работают на водородном топливном элементе, не выделяют углекислого газа. В результате этого получается, что водородные автомобили не способствуют глобальному потеплению или загрязнению атмосферы воздуха. Нынешние водородные автомобили стали практически бесшумными, а это также является хорошим преимуществом перед автомобилями, которые оснащены двигателями внутреннего сгорания (ДВС). К сожалению, но увы, в мире пока не существует оснащенных ДВС машин, которые работали бы совсем бесшумно. 

 

Смотрите также: Водород в автомобилях: Опасности и сложности использования

 

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

 

Водородные автомобили, в отличие от электрокаров и обычных бензиновых транспортных средств могут иметь более широкий диапазон работы, они более эффективны. Например, 1 грамм водорода выделяет в 3 раза больше энергии, чем грамм бензина. Заправка же водородного автомобиля происходит намного быстрее электрического авто. Кроме того, на полном баллоне заправленного водородом, автомобиль имеет гораздо больший запас хода, чем электрокар. В итоге получается, что водородные автомобили больше подходят для длительных поездок и на длительные расстояния в сравнении с электромобилями, которые  рассчитаны как известно для передвижения на небольшие расстояния. 

 

Недостатки

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

Откуда же берут водород?

 

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

 

При таком способе получения водорода, существуют две проблемы. Первая, -при этом процессе выделяется углекислый газ, который является парниковым газом наносящим вред атмосфере планеты. Вторая, -газ метан является ископаемым топливом и он не возобновляется. 

 

Второй способ получения водорода, это расщепление воды посредством электролиза. В результате этого процесса из воды выделяется чистый водород, который может служить источником топлива для водородного автомобиля. К нашему сожалению для этого процесса необходимо слишком много энергии, которая не будет потом возобновлена на все 100%. Кроме того, в процессе получения чистого водорода происходят некоторые косвенные выбросы углекислого газа.

 

Смотрите также: Почему двигатели V4 редко встречаются в автомобилях?

 

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

 

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

 

Какие водородные автомобили сегодня продаются на мировом авторынке?

 

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

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

Вывод

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

Автомобили на водороде – стоимость, выбросы и рыночная информация

Автоматизация процессов, автомобильная промышленность, Автомобили на водороде 23 февраля 2021

Текущие проблемы автомобильного рынка требуют использования «зеленой» энергии. Зависит ли электросеть Европы от успеха водородного двигателя? Мы представляем самую важную информацию и сравнение автомобилей с водородным двигателем с электромобилями.

Автомобили на водороде – принцип действия водородного топливного двигателя

Водород в качестве топлива изначально использовался для приведения в движение космических ракет. Такое использование является прекрасным примером его потенциала в качестве источника энергии. Сегодня этот тип технологии интенсивно модифицируется и миниатюризируется, что означает, что мы можем найти этот тип ячейки и в меньших по размеру аппаратах, которые мы используем ежедневно. Речь идет об автобусах, автомобилях, мотоциклах и кораблях различных размеров.

Это сырье является зеленой альтернативой бензину – при его эксплуатации не происходит выбросов вредных химических веществ. Однако мы также должны обратить внимание на производственный аспект. Когда мы говорим о наиболее распространенном элементе во Вселенной, мы не должны забывать о том, что он чаще всего встречается на Земле в форме, требующей дополнительной обработки, прежде чем его можно будет использовать в качестве топлива. Этот дополнительный источник энергии возвращает нас к основной проблеме: если альтернативный источник энергии собирается зарекомендовать себя в качестве замены тем, которые используются в настоящее время, он должен обладать лучшей движущей силой.

Прежде всего, стоит кратко описать работу водородного двигателя. В этом типе системы водород используется в качестве сырья для производства электрического тока. По принципу обратного электролиза вырабатываются вода и энергия, которые могут накапливаться и использоваться для приведения в движение колес автомобиля.

Автомобильный рынок – водород против электромобилей

Построение электрической сети, способной удовлетворить потребности модернизированного парка электромобилей в Европе, является очень сложной задачей. Спрос на электроэнергию в транспортном секторе может быть настолько велик, что необходимая инфраструктура не может быть создана в кратчайшие сроки. Постепенно она появится в развитых странах, но этот процесс займет много лет. Поэтому стоит иметь альтернативу, которая не только обладает значительным потенциалом с точки зрения эффективности вождения, но и использует «зеленую» энергию.

В настоящее время на континенте существует лишь небольшое количество транспортных средств, работающих на водородных элементах, но, исходя из возрастающей доступности водородных заправочных станций, мы видим растущий интерес к подобным решениям. Большинство таких автомобилей доступны от производителей в Восточной Азии, где более популярны автомобили на водородных батареях.

Будут ли автомобили с водородным двигателем доминировать на рынке?

Автомобили на водороде имеют шансы на европейском, американском и азиатском рынках, но многое зависит от объема производства и подхода к их использованию. Самой большой проблемой, похоже, является стоимость энергии для производства этого сырья. Другой важной проблемой является транспорт.

Планирование сценария, при котором производство водородного топлива происходит в месте с развитой электроэнергетической инфраструктурой, постоянным доступом к сырью и относительно низким спросом на электроэнергию, кажется оправданным. Вероятно, после вычета затрат на транспортировку и переработку водорода, сырье могло бы функционировать в качестве постоянной замены нефти и электроэнергии. Однако в настоящее время небольшая доля автомобилей, использующих этот тип двигателей, затрудняет прогнозирование: в настоящее время в производстве широко распространены только четыре модели.

См. также: Будущее автомобилизации – как будет выглядеть автомобиль будущего?

Автомобили с водородным двигателем – цена автомобилей и заправка топливом

В настоящее время цены на заправки достаточно высоки из-за небольшого количества водородных станций. В случае легкового автомобиля среднего размера мы можем оценить стоимость в 10 евро за 100 километров. Это гораздо больше по сравнению с электричеством, хотя сопоставимые цифры применимы и к бензиновым автомобилям. Развитие водородных сетей и появление новых станций дает шанс значительного падения цен, но в настоящее время спрос на этот вид решения слишком низок.

Удобство использования автомобилей с водородным питанием – намного более быстрая зарядка

Подача водорода в транспортное средство является относительно быстрой процедурой, особенно по сравнению с остановкой на несколько минут при зарядке электромобиля. Однако мы не можем не учитывать тот факт, что время зарядки аккумуляторных элементов систематически сокращается. Развитие событий в обеих областях свидетельствует о том, что мы, вероятно, достигнем момента, когда разница во времени между потреблением водорода и электричества будет незначительной и не будет иметь значения для конечного потребителя. Если мы овладеем способностью перерабатывать водород, который производит меньше CO2 и потребляет мало электроэнергии, этот вид топлива может стать эффективной и привлекательной альтернативой.

Не стоит отворачиваться от инноваций – для водорода это не конец

Автомобили на водороде в настоящее время занимают нишу рынка, но они могут взорваться в любой момент – как только будут разработаны более эффективные методы борьбы с этим элементом. Если опасения крупных автомобильных компаний и предприятий электроэнергетической инфраструктуры подтвердятся, то, возможно, нам придется обратиться к водороду как альтернативному топливу электричеству. Однако, независимо от характера рынка электромобилей, стоит полагаться на современные решения. В современных аккумуляторах используются пенополипропиленовые элементы EPP, которые обеспечивают эффективную и легкую теплоизоляцию. Они обеспечивают дополнительную защиту от ударов и повреждений. Одной из компаний, которая предоставляет это чрезвычайно эффективное решение, является Knauf Automotive. Мы также предлагаем другие высокотехнологичные инновации для поддержки электромобильности в автомобилях будущего.

См. наше предложение: Аккумуляторные батареи для автомобилей и решения по изоляции EPP для аккумуляторных систем

Водородный двигатель для автомобиля: описание, преимущества, принцип работы

Актуальность вопроса о замене нефтепродуктов более рентабельным и чистым экологически вариантом с каждым днём только прогрессирует. Сегодня лучшие умы планеты стараются его решить. И многое уже сделано. Лидирующей альтернативой потребителям нефти является водородный двигатель.

Технологии не стоят на месте и водородный двигатель вполне может заменить современные бензиновые агрегаты

Содержание

• Что такое водород, как использовать
• Водородные двигатели внутреннего сгорания
• Агрегаты, работающие от водородных батарей
• О выгодах применения
• Выгодные аспекты
• Доводка до совершенства
• Экскурс по истории

Что такое водород, как использовать

При всестороннем рассмотрении водород наиболее соответствует сегодняшним пожеланиям к дающим энергию источникам. Не загрязняет окружающую среду и практически бесконечен, если получать его из обычной воды.

Есть уже и автомобили, работающие на таком летучем веществе, как водород. Понятно, что до массового перехода на этот газ вместо бензина ещё далеко. Но тем не менее всё к тому идёт.

В основе используется реакция распада молекул воды на кислородные и водородные атомы. На сегодня применение этой реакции развивается по двум направлениям:

• использующие в своей работе водород двигатели внутреннего сгорания;
• водородные топливные элементы, питающие электродвигатель.

Рассмотрим каждое из них отдельно.

Водородные двигатели внутреннего сгорания

Здесь несколько нюансов. Внушительный нагрев и сжатие заставляют газ реагировать с металлическими составляющими агрегата и смазочной жидкостью. А при утечке, контактируя с раскалённым выпускным коллектором, конечно, он воспламеняется. Учитывая это, нужно использовать моторы роторные, у которых выпускной коллектор на приличном расстоянии от впускного. Что снижает вероятность воспламенения.

Также система зажигания требует некоторых изменений. И агрегат на водороде с внутренним сгоранием уступает по КПД электродвигателю на водородных элементах. Но всё это уже разрабатывается достаточно долго, поэтому не далёк тот день.

Вот пример — BMW 750hL, автомобиль с водородным двигателем. Сошедший с ленты конвейерной маленьким тиражом. Под капотом двигатель на двенадцать цилиндров. Топливом ему служит замес из кислорода и водорода, по составу идентичный ракетному горючему. Машина может набрать максимум 140 км/ч. Газовое ассорти, сжиженно-охлаждённое, содержится в добавочном баке. Его объёма достаточно для покрытия трёхсот километров, а если по пути смесь закончилась, мотор начинает потреблять чистый бензин из основного бака автоматом. Стоимость авто не превышает цен на машины такой же категории, но с карбюраторным движком — порядка 90 тыс. $.

Агрегаты, работающие от водородных батарей

Здесь принцип работы водородного двигателя — электролиз. Тот же, что у свинцовых аккумуляторов. Только КПД составляет 45%.

Через мембрану такой «батарейки» пройти могут только протоны. Электроды разных полюсов разделены этой мембраной. К аноду подаётся водород, на катод — кислород. Катализатор, покрывающий их (это платина), заставляет терять электроны. Катод притягивает протоны, пропущенные мембраной, и они начинают реагировать на электроны, итог реакции — образование воды и электрического тока. От анода электричество посредством проводов поступает уже к электромотору, т. е. питает его.

Агрегаты, питающиеся от водородных батарей, с рабочими названиями «Антэл-1» и «Антэл-2», уже работают на отечественных авто «Нива» и «Лада» в качестве концепта. Первая силовая установка преодолевает двести тысяч метров за один «полный бак», вторая триста.

О выгодах применения

У водородного карбюраторного мотора горючее только обогащается газовой смесью на 10%, но это на 30–50% понижает расход самого горючего. Получается, что на том же объёме топлива вы будете проезжать, например, не сто пятьдесят, а двести вёрст.

Вот какие достоинства водородного двигателя уже сегодня. А в будущем применение этого чудесного газа, как движущей силы для автомобиля, открывает широчайший ряд выгодных аспектов.

Для получения энергии нужна будет только вода

Выгодные аспекты

• бесплатное сырьё — вода, из которой газ можно брать бесконечно;
• во время реакции получаемые вещества вреда экологии не доставляют;
• благодаря реактивному сгоранию КПД рассматриваемого агрегата на порядок выше карбюраторного;
• колоссальная горючесть газа позволяет силовой установке бесперебойно работать при любых атмосферных показателях как минусовых, так и плюсовых;
• детонация при сгорании водородной смеси в разы ниже, чем у бензина, что снижает шумы и вибрацию при работе агрегата;
• здесь не требуется сложных систем трансмиссии, охлаждения и смазки, значит, повышается простота обслуживания благодаря уменьшению числа деталей.

Доводка до совершенства

Чтобы двигатель на водородных элементах работал в постоянном режиме, помимо прочего, ему нужны объёмные аккумуляторы и преобразователи. А в том виде, в котором они доступны сейчас, используется слишком много места для них. Здесь при изготовлении нужен принципиально новый подход.

Топливные элементы ещё слишком дорогие. Пока только ведётся поиск альтернативных материалов для их производства.

Не доработана пожаробезопасность силовой установки. И вопрос ёмкостей для водорода остаётся открытым. Само устройство водородного двигателя, можно сказать, ещё только приобретает будущие черты.

Экскурс по истории

Примечательно, что водородный двигатель был изобретён гораздо раньше бензинового. Но развитие получил почему-то второй. Построенный во Франции ещё в 1806 году учёным Франсуа Исааком де Риваз агрегат уже тогда работал от гидролиза воды. А бензин для ДВС стали применять только в 1870.

Видео об использовании водорода в качестве топлива для авто:

Во времена, не столь далёкие, а именно в Великую Отечественную войну, есть свидетельство ещё одного удачного использования водорода, как источника получения энергии. В Ленинграде в блокаду бензина катастрофически не хватало. Поэтому было решено для работы аэростатов заграждения и приводящих лебёдок использовать водород, которого было достаточно. И это сыграло немаловажную роль по защите города.

Вот такая альтернатива нефтепродуктам есть у человечества на сегодня. И работа в этом направлении ведётся всё интенсивнее. Про то, как работает водородный двигатель сейчас и как он будет работать завтра, можно говорить только в общих чертах. Ясно одно — за водородом будущее нашей планеты.

Если имеется чем дополнить, комментарии ждут вас внизу.

Водный двигатель принцип работы — Авто Портал

https://cont.ws/@sage/1460482/2019/09/30/ Автомобиль с водородным двигателем Toyota Mirai.

В далёком 2008 году, японская компания Genepax, представляет на автомобильной выставке в Осаке, автомобиль, работающий на воде. Своё изобретение, предприимчивые японцы, запатентовали в Европейском патентном ведомстве. Можно вдохнуть свободно: наконец-то, прорыв!

Автомобиль компании Genepax, работающий на воде.

Но, не тут-то было. Ходу этому изобретению не дали. Наоборот, изобретение вызывает, в определённых кругах, досаду и негодование. Оно способно негативно повлиять на способ ведения устоявшегося бизнеса владельцев компаний в энергетической отрасли.

Что же осмелились создать японцы — расплата за смелость

Японские изобретатели создали автомобиль, работающий на обычной воде. Вода может быть из крана или любого источника. В пути — это может быть и бутылка с водой, купленная в ближайшем магазинчике.

Водяной бак с устройством, генерирующий водородное топливо.

Для того, чтобы он начал движение, — ему нужно всего один литр воды, и один час езды обеспечен. Скорость автомобиля до 80 километров в час.

Воду нужно залить в бак, соединённый с устройством, которое посредством электрического тока, расщепляет воду на кислород и водород.

Так генерируется топливо – перекись водорода. Также генератор производит необходимую электроэнергию, извлекая из воды водород, высвобождая электроны.

Такое топливо даёт в два раза больше энергии двигателю, чем бензин. Продуктом распада этой реакции является, всего лишь – водяной пар.

Как в народе говорят: не прошло и года. Через год компания странным образом разоряется и, — перестаёт существовать.

Почему все молчат и ничего не делают?

Конечно, эта идея не нова! По всему миру изобретатели создают подобные прототипы, усовершенствуя и внося коррективы в своё идеальное транспортное средство.

Весь казус состоит в том, что такие автомобили единично передвигаются по дорогам, а оплаченное общество «экспертов», продолжает кричать о мошенничестве.

Есть и другой выход в создавшейся неудобной ситуации для монополистов. Он подразумевает: запугивание, подкуп, выкуп лабораторий, которые занимаются альтернативными источниками энергии.

Серийный автомобиль. работающий на заправленном водородном топливе.

И вот, в 2017 году – «прорыв»! Предприимчивые монополисты решились на инновации. Появляется «новый» серийный автомобиль компании Mercedes-Benz, работающий на водородном топливе.

Следом, не отстаёт японская компания Mirai, заявляя о безостановочном ходе своего автомобиля на 480 километров, который также заправлен водородом.

Заправка водородным топливом.

• Да, все они будут заправляться водородом на специальных заправках (ведь, нужно же, что-то продавать, вместо бензина).
• Как говорят, эти автомобили мощнее и их ждёт будущее, несмотря на то, что они более взрывоопасны, чем бензиновые.
• Источник

PS: Так напоминает историю с электромобилями…

Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы | РБК Тренды

Shutterstock

Автомобили с водородными двигателями называют главными конкурентами электрокаров. Но у технологии пока что немало минусов, и, например, основатель Tesla Илон Маск называет ее «тупой и бесполезной». Прав он или нет?

С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.

Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.

История развития рынка водородных двигателей

Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.

Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.

В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.

В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.

Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].

Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.

В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.

В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.

Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.

Toyota Mirai 2016 года выпуска

Как работает водородный двигатель?

На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.

Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

Схема работы водородного двигателя

По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

Как работает водородный двигатель внутри Toyota Mirai

Где применяют водородное топливо?

• В автомобилях с водородными и гибридными двигателями. Такие уже выпускают Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
• В поездах. Первый такой был выпущен в Германии компанией Alstom и ходит по маршруту Букстехуде — Куксхафен;
• В автобусах: например, в городских низкопольных автобусах марки MAN.
• В самолетах. Первый беспилотник на водороде выпустила компания Boeing, внутри — водородный двигатель Ford;
• На водном транспорте. Siemens выпускает подводные лодки на водороде, а в Исландии планируют перевести на водородное топливо все рыболовецкие суда;
• Во вспомогательном транспорте. Водород используют в электрокарах для гольфа, складских погрузчиках, сервисных автомобилях логистических компаний и аэропортов;
• В энергетике. Электростанции мощностью от 1 до 5 кВт, работающие на водороде, могут обеспечивать теплом и энергией небольшие города и отдельные здания. Например, после аварии на Фукусиме в 2018 году Япония активнее начала переходить на водородную энергетику [9], планируя перевести на водород 1,4 млн электрогенераторов;
• В смесях с обычным топливом. Например, с дизельным или газовым — чтобы удешевить производство.

Плюсы водородного двигателя

• Экологичность при использовании. Водородный транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид углерода;
• Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;
• Бесшумная работа двигателя;
• Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электрокарами;
• Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть, запасы которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в нескольких странах. Это позволяет нефтяным государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно для развитых экономик.

Минусы водородного двигателя

• Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1 [10], а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
• Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
• Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых [11]. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.
• Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз [12], из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения.

Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели и легко воспламеняется.

Если он заполнит собой весь капот и салон автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили

Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.

Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.

Водородный транспорт в России

В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.

В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.

Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.

Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».

В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.

Перспективы технологии

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений.

Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло.

В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.

Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки.

Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам.

Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.

С одной стороны, в Европе Toyota Mirai II стоит несколько дешевле, чем Tesla Model S (€64 тыс. против €77 тыс.) [18]. Полная зарядка водородного автомобиля занимает около 3 минут — против 30-75 минут для электрокара.

Однако вся разница — в обслуживании: Toyota Mirai вмещает 5 кг водородного топлива [19] по цене $8-9 за кг. Таким образом, полный бак обойдется в $45, и его хватит на 500 км — получаем около $9 за 100 км пробега.

Для Tesla Model S те же 100 км обойдутся всего в $3.

Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.

Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.

Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].

Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:

1. Лобби со стороны развитых государств: в США [22], ЕС [23], Японии [24], России [25] и других странах приняты законы в поддержку экологичного транспорта.
2. Удешевление аккумуляторов: согласно исследованию Bloomberg New Energy Finance, за последние десять лет цены на литий-ионные аккумуляторы упали с $1200 до $137 за кВт·ч.
3. Развитие инфраструктуры: специальные электрозарядные станции и зарядки в крупных бизнес-центрах, на парковках ТЦ и аэропортов.

Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.

Согласно прогнозу Markets&Markets [28], к 2022 году объем мирового производства водорода вырастет со $115 до $154 млрд.

Остается главный вопрос: как быть с инфраструктурой? Чтобы водородные двигатели стали массовыми, нужны сети заправок, трубопроводы для топлива, отлаженные логистические цепочки. Все это пока только зарождается.

Но и тут есть позитивные сдвиги: например, канадская Ballard Power по заказу китайского Министерства транспорта запустила пилотный проект, в рамках которого водородное топливо можно будет заливать в обычные АЗС.

Спортивный автомобиль на соленой воде?

Казалось бы только недавно мы обсуждали Автомобиль с инновационным силовым агрегатом и даже читали про автомобиль на ядерном двигателе, а тут вот еще и соленая вода ! Давайте для начала прочитаем вот такую новость, а потом будем разбираться …

Компания, Nanoflowcell утверждает, что разработала первый электрический автомобиль, который работает на соленой воде, а на днях объявила о том, что автомобиль одобрен для тестирования на дорогах общественного пользования в Германии и ЕС.
На днях компания получила разрешение на тестирование автомобиля Quant e-Sportlimousine, который достаточно заправить соленой водой, на дорогах Германии от TUV SUD, немецкой экспертной организации.

На создание спортивного четырехместного авто, размеры которого составляют примерно 5,25 метра в длину, ушло 14 лет.

Создатели говорят, что это совершенно новый вид системы хранения энергии, который называется Nanoflowcell.

Компания уверяет, что автомобиль способен развивать скорость до 350 километров в час и разгоняться от 0 до 100 км/ч за ничтожные 2. 8 секунды, а расстояние 600 километров может преодолеть с баком полным топлива изготовленного из водного раствора соли.

Понятно, что технология запатентована и держится в тайне, доступно лишь краткое описание, предоставленное компанией: «электрохимическая реакция создается путем объединения двух жидкостей с металлическими солями, действующими в качестве электролита. Эти растворы перекачивают через топливный элемент, где расположены анод или катод, при этом вырабатывается электричество, которое затем направляется на установленные в автомобиле суперконденсаторы.

По сравнению с традиционной технологией, один литр соленой жидкости содержит в 400 раз больше энергии, чем обычный свинцово-кислотный аккумулятор».

В задней части автомобиля расположены 2 независимых резервуара, емкость которых составляет 200 литров, они предназначены для электролитов. Какой жидкостью наполняются резервуары nanoFLOWCELL не раскрывает, но называют ее «солёная вода».

Электролиты при помощи насосов подаются в камеру со специальной тонкой ионообменной мембраной, в результате чего вырабатывается электричество. Энергию получают суперконденсаторы, которые очень быстро отдают заряд, это обеспечивает потрясающую динамику разгона.

В качестве процесса заправки служит слив отработанного электролита и последующая замена новым. Однако использованный электролит после перезарядки может быть использован повторно.

В Quant e-Sportlimousine на каждое колесо установлено по одному трёхфазному электродвигателю. Пиковая мощность при такой комплектации составляет 912 л. с., постоянная 640 л. с.. Разогнать авто с 0 до 100 км/ч можно за 2.

8 секунд, максимальная скорость — 380 км/ч. Разработчики утверждают, , что силовая установка функционирует с внутренней эффективностью в 80%.

Благодаря этому обеспечивается внушительный запас хода —  от 400 до 600 км в зависимости от стиля езды и дорожных условий.

Главной особенностью машины является силовая установка с потоковой батареей.

Все нынешние традиционные преимущества электрохимических аккумуляторов и топливных ячеек объединены в источнике питания, что позволит системе обеспечить высокую эффективность не требуя длительной подзарядки, аналогично ионно-литиевым  модулям, которые применяются в в таких электрокарах, как Tesla Model S.

Вот как объясняют работу этой технологии эксперты:

Система проточных электролитных элементов, разработанная NanoFlowcell, действует схожим образом с технологией водородных топливных ячеек — за исключением того, что в ней используется солёная вода.

В этой системе взаимодействуют две электролитические жидкости, содержащие соли металлов. Электромоторы способны использовать их реакцию для генерации электричества, которое затем запасается суперконденсаторами.

Эффективность этой системы достигает 80 процентов, поскольку машина с ней практически не имеет движущихся частей, а генерируемое избыточное тепло несущественно по сравнению с автомобилями, использующими литий-ионные батареи.

Вот что мы имеем. А теперь немного порассуждаем и вы помогите в х.

Например есть несколько моментов, которые могут свести технологию в убыток: насколько я понял используется принцип принудительного омывания/прохождения электролита через анодно-катодную сетку/соты (или многоуровневые каскады таких сот) — в таком случае будет наблюдаться быстрая деградация анодно-катодных элементов и повышенный уровень распада электролита на «грязные» фракции, т. е.

через 600 км пути вам придется куда-то слить 400л «грязного»/отработанного электролита и не факт, что это будет экологически-чистый продукт для которого не нужно будет строить спец.емкости-приемники и в дальнейшем очистительные/утилизирующие предприятия.

Еще один момент картриджи с «секретными» солями насыщения, которые видимо тоже будут подлежать замене/утилизации/перезаправке после 600 км пути.

Опять таки, представьте себе два резервуара по 200 литров на борту автомобиля ! Хотя с другой стороны заминусовать вес двигателя внутреннего сгорания если бы был он.

И еще, что это за соли ?  Если NaCl то ДА это прорыв развёл водичкой дисцилированной и поехал, а если соли тяжёлых металлов то их надо готовить, получается не дешевле бензина, если только их нельзя рекупертировать дома от розетки…

А вот такая фраза: «По сравнению с традиционной технологией, один литр соленой жидкости содержит в 400 раз больше энергии, чем обычный свинцово-кислотный аккумулятор, а в прототипе автомобиля установлены два 200-литровых бака».

Считаем: Емкость обычного автомобильного 12В аккумулятора — 60 ампер-часов (т.е. 720 Вт/час). А здесь аж в 400 раз больше — т.е. 288 кВт/час. Для сравнения у Теслы 85 кВт/час при весе аккумулятора 450 кг, которого хватает на 425 км.

Если все так хорошо, то почему больше никто эту технологию не использует?

[источники]

источники

http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2739768/The-sports-car-runs-SALTWATER-Vehicle-goes-0-60mph-2-8-seconds-just-approved-EU-roads.html

http://atomx.net/stat/revolyucionnyi_avtomobil__rabotayushii_na_solenoi_vode_.htm

http://humansarefree.com/2014/11/powered-by-salt-water-920-hp-373.html

А ведь еще мы видели Паровой мотоцикл и Реакцию пассажиров Tesla P85D на действие разгоняющей кнопки Insane. А вот еще Транспортное средство будущего из далекого прошлого и Рекорды скорости на парУ Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия — http://infoglaz. ru/?p=66504

Водородный двигатель принцип работы

ТИПЫ ВОДОРОДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Первый тип водородного двигателя работает на топливных элементах. К сожалению, водородные двигатели данного типа до сих пор имеют высокую стоимость. Дело в том, что в конструкции содержаться дорогие материалы вроде платины.

Ко второму типу относятся водородные двигатели внутреннего сгорания. Принцип работы таких устройств сильно напоминает пропановые модели. Именно поэтому их часто перенастраивают для работы под водород. К сожалению, КПД подобных устройств на порядок ниже тех, что функционируют на топливных элементах.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Главное отличие двигателей на водороде от привычных нам сейчас бензиновых либо дизельных аналогов заключается в способе подачи и воспламенении рабочей смеси. Принцип преобразования возвратно-поступательных движений КШМ в полезную работу остается неизменным.

Ввиду того что горение топлива на основе нефтепродуктов происходит медленно, камера сгорания наполняется топливно-воздушной смесью немного раньше момента поднятия поршня в свое крайнее верхнее положение (ВМТ). Молниеносная скорость реакции водорода позволяет сдвинуть время впрыска к моменту, когда поршень начинает свое возвратное движение к НМТ.

При этом давление в топливной системе не обязано быть высоким (4 атм. достаточно).

В идеальных условиях водородный двигатель может иметь систему питания закрытого типа. Процесс смесеобразования происходит без участия атмосферного воздуха.

После такта сжатия в камере сгорания остается вода в виде пара, который проходя через радиатор, конденсируется и превращается обратно в Н2О.

Такой тип аппаратуры возможен в том случаи, если на автомобиле установлен электролизер, который отделит с полученной воды водород для повторной реакции с кислородом.

На практике такой тип системы осуществить пока что сложно. Для исправной работы и уменьшения силы трения в моторах используется масло, испарения которого являются частью отработанных газов. На современном этапе развития технологий устойчивая работа и беспроблемный запуск двигателя, работающего на гремучем газе, без использования атмосферного воздуха неосуществимы.

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. 

Устройство водородного двигателя

Автомобили с двигателем работающем на водороде делятся на несколько групп:

• Машины с 2-мя энергоносителями. Они обладают экономичным мотором, способным работать на чистом водороде или бензиновой смеси. КПД двигателя такого типа достигает 90-95 процентов. Для сравнения дизельный мотор имеет коэффициент полезного действия на уровне 50%, а обычный ДВС — 35%. Такие транспортные средства соответствуют стандарту Евро-4.
• Автомобиль со встроенным электродвигателем, питающим водородный элемент на борту транспортного средства. Сегодня удалось создать моторы, имеющие КПД от 75% и более.
• Обычные транспортные средства, работающие на чистом водороде или топливно-воздушной смеси. Особенность таких двигателей заключается в чистом выхлопе и увеличении КПД еще на 20%.

Главной особенностью является способ подачи горючего в камеру сгорания и его воспламенения.

Что касается преобразования полученной энергии в движение КШМ, процесс аналогичен.

Принцип работы

Принцип работы водородных двигателей стоит рассмотреть применительно к двум видам таких установок:

1. Моторы внутреннего сгорания;
2. Двигатели на водородных элементах.

Водородные моторы внутреннего сгорания

В ДВС из-за того, что горение бензиновой смеси осуществляется медленнее, топливо попадает в камеру сгорания раньше достижения поршнем своей верхней точки.

В водородном двигателе, благодаря мгновенному воспламенению газа, удается сместить время впрыска до момента, пока поршень начнет возвратное движение. При этом для нормальной работы мотора достаточно небольшого давления в топливной системе (до 4-х атмосфер).

В оптимальных условиях водородный мотор способен работать с питающей системой закрытого вида. Это значит, что в процессе образования смеси атмосферный воздух не применяется.

После завершения такта сжатия в цилиндре остается пар, который направляется в радиатор, конденсируется и становится водой.

Реализация варианта возможна в случае, если на машине смонтирован электролизер — устройство, обеспечивающее отделение водорода от h3O для последующей реакции с O2.

Воплотить в реальность описанную систему пока не удается, ведь для нормальной работы двигателя и снижения силы трения применяется масло.

Последнее испаряется и является частью отработавших газов. Так что применение атмосферного воздуха при работе водородного двигателя пока необходимо.

Двигатели на водородных элементах

Принцип действия таких устройств построен на протекании химических реакций. Кожух элемента имеет мембрану (проводит только протоны) и электродную камеру (в ней находится катод и анод).

В анодную секцию подается h3, а в катодную камеру — O2. На электроды наносится специальное напыление, выполняющее функцию катализатора (как правило, платина).

Под действием каталитического вещества происходит потеря водородом электронов. Далее протоны подводятся через мембрану к катоду, и под влиянием катализатора формируется вода.

Из анодной камеры электроны выходят в электрическую цепь, подключенную к мотору. Так формируется ток для питания двигателя.

Водородные топливные элементы

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

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

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

Благодаря такому воздействию катализатора протоны соединяются с поступившими извне электронами.

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

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

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

Принцип работы

Устройство водородных двигателей не отличается особой сложностью. Главным отличием является способ подачи и воспламенения смесей при полном сохранении основного принципа преобразования. При этом на фоне традиционного бензина и дизеля, водородное топливо обеспечивает мгновенную скорость реакции даже в условиях незначительного уровня давления внутри топливной системы. Для образования смеси участие воздуха не является необходимым, а остающийся в камере сгорания пар, после прохождения сквозь радиатор и конденсации, снова становится Н2О.

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

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

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

Особенности гибридных конструкций

Характеристики, которыми обладает водородное топливо, активно использовались многими конструкторами с целью создания уникального гидродвигателя внутреннего сгорания. Например, разработанный В.С.

Кащеевым метод – это принципиально иная установка, имеющая не только традиционный подающий воздух впускной клапан и выпускное устройство отвода выхлопных газов, но и отдельный клапанный механизм подачи водорода, а также свечу зажигания в головке блоков цилиндров.

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

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

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

Водород как горючее

Первым делом хочется понять, что собой представляет двигатель на водороде. А для этого нам необходимо изучить сам водород как эффективный источник энергии, то есть альтернатива привычному нам топливу.

Каждый прекрасно знает, что в обычном двигателе с системой внутреннего сгорания, который работает на бензине, происходит смешивание топлива с воздухом. Затем эта смесь поступает внутрь цилиндров, где и сгорает. Это создаёт энергию для перемещения поршней, что и способствует в итоге движению ТС.

У водорода есть свои нюансы, которые проявляются в следующем:

• когда сжигается смесь с использованием водорода, на выходе получается только обычный водяной пар;
• на воспламенение водорода уходит меньше времени, чем в случае с дизельным или традиционным бензиновым топливом;
• детонационная устойчивость вещества способствует увеличению степени сжатия;
• показатели теплоотдачи состава превосходят топливовоздушную смесь на 250%;
• водород является летучим газом, из-за чего он может проникать в малейшие полости и зазоры;
• лишь некоторые металлы способны справиться с воздействием воспламеняющегося водорода;
• такое топливо можно хранить в жидком или сжатом агрегатном состоянии;
• если ёмкость получает пробой или небольшую трещину, всё топливо испаряется довольно быстро;
• чтобы вступить в реакцию с кислородом, нижний уровень газа составляет 4%;
• последняя особенность позволяет настраивать необходимые оптимальные режимы для двигателя за счёт дозировки консистенции.

Если принимать во внимание все рассмотренные особенности, можно с уверенностью сказать, что вариант с использованием чистого водорода в обычном ДВС невозможен. Чтобы добиться желаемого, необходимо обязательно внести некоторые изменения в конструкцию, а также установить дополнительное оборудование.

В чём опасность такого топлива

Водород позиционируется как взрывоопасное вещество. Именно это можно справедливо считать главной опасностью и проблемой всей технологии водородных моторов.

Сочетаясь с окислителем, в качестве которого выступает кислород, увеличивается риск воспламенения, и также возникает угроза взрывов. Исследования показатели, что на воспламенение водорода уходит около десятой доли энергии, требуемой при воспламенении топливовоздушной смеси. Фактически можно обойтись небольшой статической искрой, дабы водород вспыхнул.

Есть ещё одна опасность. Газ невидимый, и даже в процессе горения его практически незаметно. Невидимость огня усложняет возможность бороться с ним.

Нельзя забывать об опасности вещества для самого человека. Находясь в зоне с повышенной концентрацией газа в воздухе, может наступить удушье. А распознать наличие вещества крайне проблематично. Объясняется это отсутствием запаха и цвета. То есть человеческий газ не способен его разглядеть, а нос не может разнюхать.

В качестве последнего аргумента в пользу того, что водород действительно опасен, выступает факт его очень низкой температуры в случае нахождения в сжиженном состоянии. Контакт с таким веществом способен спровоцировать обморожение.

Как работают водородные двигатели?

Отдел новостей Cummins: Наши инновации, технологии и услуги

26 января 2022 г. Джим Небергалл, генеральный директор подразделения водородных двигателей

Водород становится все более популярным энергоносителем. Его можно легко получить из воды с использованием возобновляемой электроэнергии, и он сгорает без выбросов парниковых газов. Он бесцветный, без запаха и не проливается. Неудивительно, что существует большой интерес к водородным двигателям как части нулевого направления.

 

Как водородное топливо может приводить в движение транспортное средство?

Использование водорода для питания двигателя или мотора проще, чем вы думаете. Есть два способа сделать это.

Первый способ включает в себя устройство, известное как топливный элемент. Топливный элемент преобразует водород в электричество, которое затем приводит в действие электродвигатели автомобиля, как и в любом другом электромобиле.

Другой способ — водородные двигатели; двигатели внутреннего сгорания, в которых в качестве топлива используется водород. Каждый метод имеет свои преимущества и области применения, где они лучше всего подходят. Однако последний, использующий двигатели внутреннего сгорания, является более привычной технологией.

На самом деле, один из самых первых двигателей внутреннего сгорания работал на смеси водорода и кислорода и имел электроискровой механизм зажигания. Его изобретатель, бывший офицер швейцарской артиллерии Франсуа Исаак де Риваз, использовал его для создания транспортного средства, способного перевозить тяжелые грузы на короткие расстояния.

 

Дизельный двигатель, двигатель, работающий на природном газе, или двигатель, работающий на водороде

Сегодня, если бы вы увидели современный двигатель внутреннего сгорания, предназначенный для работы на водороде, вы могли бы не знать, что он не предназначен для природного газа. Четырехтактные водородные двигатели внутреннего сгорания (водородные двигатели внутреннего сгорания) работают по тому же циклу, что и обычные двигатели, работающие на природном газе, и имеют почти те же компоненты — блок цилиндров, кривошип, головки цилиндров, систему зажигания, установочные детали и т. д.

Дизельные и водородные двигатели также имеют схожие компоненты. К ним относятся блок двигателя, кривошип и установочные детали, такие как опоры и кожухи маховика.

Компания Cummins Inc. использует наши существующие платформы и опыт в области технологии искрового зажигания для создания водородных двигателей. Наш водородный двигатель представляет собой вариант двигателя с искровым зажиганием, аппаратное обеспечение которого аналогично двигателям на природном газе и бензиновым двигателям.

Высокая степень унификации компонентов двигателя обеспечивает преимущества масштаба. Эта экономия за счет масштаба имеет решающее значение на пути транспортного сектора к снижению выбросов. Это снижает затраты и обеспечивает необходимую надежность.

Существуют также различия между водородными двигателями и другими двигателями с искровым зажиганием, такими как двигатели, работающие на природном газе, и бензиновые двигатели.

Например, различия в физических свойствах водорода влияют на дозирование и впрыск топлива и воздуха. Преждевременное зажигание является более серьезной проблемой для водородных двигателей, чем для бензиновых, потому что водород воспламеняется намного легче. Непосредственный впрыск — один из способов решить проблемы с преждевременным зажиганием. Системы прямого впрыска вводят топливо-водород, в данном случае — непосредственно в цилиндры, а не во впускной коллектор или порты. Если впрыск происходит в то время, когда впускной клапан закрыт, можно избежать обратного воспламенения. Другое решение состоит в том, чтобы полностью спроектировать систему сжигания водорода.

Другим соображением является образование оксидов азота или NOx. NOx является атмосферным загрязнителем, который может ухудшить качество воздуха и привести к коричнево-оранжевой дымке, которая летом образуется над некоторыми крупными городами.

При горении водорода в присутствии большого количества кислорода образуется очень мало NOx. Однако при сжигании водорода при соотношениях компонентов топливовоздушной смеси, близких к стехиометрическим, может образовываться значительное количество NOx. В результате водородные двигатели обычно настроены на работу на обедненной смеси с коэффициентом избытка воздуха 2 или выше. Это означает, что в цилиндры необходимо подать примерно в два раза больше воздуха, чем для стехиометрического двигателя. Водородным двигателям часто требуется система очистки выхлопных газов для удаления этого избытка NOx.

 

Могут ли водородные двигатели работать в грузовиках и автобусах средней и большой грузоподъемности?

Водородные двигатели внутреннего сгорания привлекательны для производителей транспортных средств по двум основным причинам. Во-первых, это их сходство с традиционными двигателями внутреннего сгорания. Во-вторых, способность водорода использовать автомобили в качестве топлива с нулевым содержанием углерода.

Производитель оригинального оборудования (OEM) может создавать автомобили с водородными двигателями, очень похожими на существующие двигатели внутреннего сгорания. Большинство других компонентов и программного обеспечения автомобиля остались прежними.

Водородные двигатели также привлекательны для конечных пользователей. Водородные двигатели выглядят, звучат и работают так же, как двигатели внутреннего сгорания, к которым привык каждый механик в мире. Их надежность и долговечность не уступают дизельным двигателям.

Компания Cummins в настоящее время проводит испытания водородных двигателей для снижения рисков водородного охрупчивания и эрозии. Мы будем делиться нашими выводами по ходу наших тестов.

Коммерческие операторы автопарка могут приобретать автомобили с водородными двигателями, не беспокоясь об инвестициях в совершенно новую технологию.

Примеры использования водородных двигателей в секторах мобильности и транспорта также выходят за рамки грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности. Вы можете найти пользователей, оценивающих водородные двигатели в судостроении, строительстве и других областях.

Таким образом, вы можете не сразу узнать, что транспортное средство предназначено для работы на водороде, если вы увидите его двигатель, но если вы увидите его топливный бак, вы сразу узнаете. Хранение водорода на борту автомобилей становится безопасным и становится более экономичным и практичным. Cummins недавно создала совместное предприятие с NPROXX, лидером в области хранения и транспортировки водорода для резервуаров для хранения водорода. Это совместное предприятие будет предоставлять клиентам продукты для хранения водорода и сжатого природного газа как для автомобильного, так и для железнодорожного транспорта.

 

 

Никогда не пропустите последние новости и будьте впереди. Зарегистрируйтесь ниже, чтобы получать последние новости о технологиях, продуктах, отраслевых новостях и многом другом.

Теги

Бизнес-сегмент двигателей

Водород

Устойчивое развитие

Тяжелые грузовики

Никогда не пропустите последние новости

Будьте в курсе последних новостей о новых технологиях, продуктах, отраслевых тенденциях и новостях.

Адрес электронной почты

Компания

Присылайте мне последние новости (отметьте все подходящие варианты):

Грузоперевозки

Автобус

Пикап

Строительство

Сельское хозяйство

Джим Небергалл (Jim Nebergall) — генеральный менеджер направления водородных двигателей в компании Cummins Inc. и возглавляет глобальные усилия компании по коммерциализации двигателей внутреннего сгорания, работающих на водороде. Водородные двигатели внутреннего сгорания — важная технология на ускоренном пути компании к обезуглероживанию.

Джим пришел в Cummins в 2002 году и занимал многочисленные руководящие должности в компании. В последнее время Джим был директором по стратегии и управлению продуктами в североамериканском бизнесе по производству двигателей для шоссейных дорог. Джим увлечен инновациями и посвятил свою карьеру в Cummins развитию технологий, улучшающих окружающую среду. Он расширил границы инноваций, ориентированных на клиента, чтобы позиционировать Cummins как ведущего поставщика силовых агрегатов, управляя портфелем, начиная от передовых дизельных и газовых двигателей до гибридных силовых агрегатов.

Джим окончил Университет Пердью со степенью бакалавра в области электротехники и вычислительной техники. В 2007 году он получил степень магистра делового администрирования в Университете Индианы.

Отдел новостей Cummins: Наши инновации, технологии и услуги

13 сентября 2022 г. от Cummins Inc., мирового лидера в области энергетических технологий

Девяносто процентов американского бизнеса составляют малые и средние предприятия. Они являются настоящими двигателями нашей экономики, в которых работают миллионы рабочих. Поскольку многие из них ищут новые способы расширения своих услуг, получения дохода и развития своего бизнеса, домашние резервные и портативные генераторы Cummins могут стать новым источником дохода.

Серебряная подкладка в темных облаках

По данным Associated Press, за последние два десятилетия количество отключений электроэнергии из-за неблагоприятных погодных условий удвоилось, что создает нагрузку на стареющую энергосистему нашей страны. Это привело к увеличению частоты и продолжительности отключений электроэнергии. Эти частые отключения создают потребность в надежном резервном питании для домашних хозяйств и других предприятий. А для предприимчивых предприятий малого и среднего бизнеса удовлетворение этой потребности с помощью генераторов Cummins представляет собой огромную возможность.

Какие предприятия могли бы получить наибольшую выгоду от того, чтобы стать авторизованными дилерами Cummins? Вот наша пятерка лучших:

1. Генеральные подрядчики. Во время стихийных бедствий, таких как ледяные бури, ураганы, сильные ветры, лесные пожары или землетрясения, потеря электроэнергии — не единственная проблема, с которой сталкиваются клиенты. Часто бывает физическое повреждение имущества, которое необходимо отремонтировать. Когда они помогают клиентам в восстановлении, генеральные подрядчики имеют возможность оценить потребности дома или предприятия в энергии и предложить добавить домашний резервный генератор Cummins QuietConnect™. Если заказчик соглашается, генподрядчик получает не только прибыль от продажи генератора, но и работы по его установке.
2. Электрики. Хороший электрик — надежный источник информации. Мало того, что они являются экспертами в области потока электронов, они часто знают конкретные электрические схемы своих клиентов. После длительного отключения электроэнергии многих часто спрашивают: «Что вы можете сделать, чтобы у меня не отключилось электричество в следующий раз, когда электричество отключится?» Электрики, продающие и устанавливающие домашние резервные генераторы Cummins QuietConnect, могут сказать: «Да, есть». Установка домашних резервных генераторов может быть еще одной ценной услугой, которую предоставляют электрики.
3. Подрядчики по отоплению и охлаждению — во время отключения электроэнергии одной из наиболее важных систем, отключенных для владельцев домов и предприятий, является их система центрального отопления и охлаждения. Нахождение без тепла или прохладного воздуха в течение длительного периода времени не только неудобно, но и может быть опасным, если температура на улице экстремально высока. Таким образом, естественно, что после восстановления энергоснабжения поиск способа сохранить систему HVAC включенной во время следующего отключения электроэнергии становится первостепенной задачей. Поскольку подрядчики по отоплению и охлаждению являются экспертами в установке больших систем в домах и на предприятиях, добавление резервных генераторов Cummins QuietConnect в дома и на предприятия является естественным способом добавить еще один центр прибыли в их бизнес.
4. Интернет-магазины. До сих пор мы обсуждали резервные генераторы. Для предприятий, которые не специализируются на постоянной установке генераторов, портативные генераторы Cummins могут приносить прибыль. Хотя портативные генераторы можно использовать во время отключения электроэнергии, они лучше подходят для небольших задач благодаря своей портативности. Это делает их идеальными для кемпинга, парковки, строительства и многого другого. Благодаря прочной и надежной репутации Cummins наши портативные генераторы идеально подходят для розничных продавцов, ориентированных на эти сегменты рынка.
5. Установщики солнечных панелей — большинство домашних солнечных панелей подключаются непосредственно к электросети. Таким образом, когда электричество отключается, солнечные батареи перестают обеспечивать электроэнергию. В качестве резервного источника электроэнергии установщики солнечных панелей могут либо установить резервную солнечную батарею, которая заряжается от солнечных панелей, либо домашний резервный генератор. Как правило, резервные солнечные батареи могут питать дом только в течение нескольких часов, поэтому, если район подвержен перебоям в работе из-за погодных условий, лучшим выбором будет домашний резервный генератор, такой как Cummins QuietConnect.

Время пришло

Сейчас, когда все больше людей ищут источники резервного питания, самое время расширить предложение вашей компании, став авторизованным дилером Cummins. Чтобы узнать больше, посетите веб-сайт cummins.com/partners/dealers.

Теги

Генераторы

Производство электроэнергии

Домашний и малый бизнес Дилеры

Отдел новостей Cummins: Наши инновации, технологии и услуги

26 августа 2022 г. от Cummins Inc., мирового лидера в области энергетических технологий

Тепловые волны, которые вызывают чрезмерный спрос на электроэнергию… засухи, которые делают гидроэнергетику менее доступной… электрические сети вблизи активных лесных пожаров отключаются в целях безопасности… стареющие, перегруженные электрические сети… сильные ветры, обрывающие линии электропередач… все это причины, по которым некоторые части страны могут столкнуться с плановыми отключениями электроэнергии в этом году.

Если вы живете в районе, подверженном постоянным отключениям электроэнергии, вот несколько советов, которые помогут вам подготовить свою семью к ним: 

• Подпишитесь на уведомления от вашей местной электроэнергетической компании. — Если эта услуга доступна от вашей местной коммунальной службы, она может дать вам предупреждение о начале подготовки до отключения электроэнергии.
• Загрузите наш контрольный список Power Outage Ultimate — он содержит подробную информацию о том, что делать до, во время и после отключения электроэнергии. Он даже показывает вам, что делать для детей, домашних животных и членов семьи с медицинскими потребностями. Вы можете скачать это здесь.
• Складируйте нескоропортящиеся продукты и воду — Убедитесь, что у вас также есть ручной консервный нож. Планируйте, чтобы еды хватило на всех, чтобы ваша семья могла пить воду и питаться во время отключения электричества.
• Изготовьте или купите лед и холодильники — Если у вас достаточно предупреждений, сделайте или купите лед, чтобы вы могли упаковать скоропортящиеся продукты в холодильники и сохранить их. (Холодильник будет поддерживать внутреннюю температуру только около четырех часов, морозильник — около 48 часов.) 
• Купить фонарики и запасные батарейки — Блэкауты могут быть ну черные. Фонарики можно использовать для безопасности, если вам нужно передвигаться ночью, но используйте их экономно. Убедитесь, что у вас достаточно для каждого члена семьи.
• Держите мобильные телефоны заряженными и бензобаки полными — Ваши телефоны и транспортные средства — ваши спасательные пути во внешний мир. Если у вас есть электромобиль, убедитесь, что он полностью заряжен.
• Потренируйтесь открывать гаражные ворота вручную — Если вам нужно куда-то ехать, сначала нужно уметь вытаскивать машину из гаража.
• План для лекарств, которые требуют охлаждения — Возможно, вам придется хранить их в холодильнике, как и ваши охлажденные продукты, до тех пор, пока электричество не вернется.
• Инвестируйте в резервный генератор для всего дома — Для полного спокойствия рассмотрите один из домашних резервных генераторов Cummins QuietConnect™. В случае отключения электроэнергии ваш генератор автоматически включится и обеспечит питание вашего дома.
• Установка детекторов угарного газа с резервными батареями — Разместите их в центральных местах на каждом этаже, чтобы при попадании угарного газа в дом вы были немедленно предупреждены.

Веерные отключения электроэнергии становятся все более и более распространенным явлением. К счастью, есть способы планировать заранее и не допустить, чтобы они полностью разрушили вашу жизнь. Чтобы узнать о различных способах, которыми Cummins может помочь вашей семье сохранить электричество во время плановых отключений электроэнергии, посетите нас по адресу cummins.com/na/generators/home-standby/whole-house-and-portable или найдите местного дилера cummins. .com/na/generators/home-standby/find-a-dealer.

Теги

Домашние генераторы

Дом и малый бизнес

Отдел новостей Cummins: Наши инновации, технологии и услуги

08 августа 2022 г. от Cummins Inc., мирового лидера в области энергетических технологий

По мере ужесточения норм выбросов компания Cummins Turbo Technologies (CTT) стремится помочь клиентам сократить выбросы и повысить экономию топлива с помощью новых инновационных технологий обработки воздуха.

Благодаря 70-летнему опыту инноваций и надежности, CTT и Holset представили широкий спектр ведущих в отрасли технологий обработки воздуха. В 2021 году CTT выпустила турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT) 7-го поколения серии 400, чтобы помочь производителям двигателей соответствовать будущим стандартам выбросов и обеспечить лучшую в своем классе экономию топлива. В Cummins инновации никогда не прекращаются, поскольку мы продолжаем совершенствовать наши текущие технологии, одновременно разрабатывая новые. Помня об этой философии, CTT сейчас готовится представить HE400VGT 8-го поколения. Он специально разработан для обеспечения максимальной производительности, надежности и долговечности для рынка тяжелых грузовиков объемом 10–15 л.

Компания CTT значительно улучшила характеристики турбонагнетателя благодаря своему последнему поколению продуктов. Турбокомпрессор 8-го поколения будет иметь улучшенную на 5% эффективность по сравнению с предыдущим турбокомпрессором 7-го поколения.

В дополнение к улучшенной эффективности турбокомпрессора, которая помогает клиентам уменьшить размер двигателя, HE400VGT будет иметь лучшую переходную характеристику, повышенную устойчивость к утечке масла со стороны компрессора и двойное снабжение ключевыми компонентами для гибкости цепочки поставок.

Ключевые особенности Holset HE400VGT включают новую систему подшипников и почти нулевые зазоры для улучшения характеристик и переходных характеристик. Эти усовершенствования достигаются за счет более узких зазоров на ступени компрессора, меньшего радиального смещения на ступени турбины, улучшенной обработки поверхности и новых аэродинамических конструкций.

Этот турбокомпрессор, выпуск которого запланирован на 2024 год, включает в себя интеллектуальный электрический привод нового поколения и датчик скорости с новейшим набором микросхем для повышения производительности и долговечности. Стратегия двойного сорсинга помогает смягчить любой непредвиденный дефицит электроники, от которого в последнее время страдает отрасль.

Помимо повышения производительности, турбокомпрессор последнего поколения обеспечит лучшую в своем классе производительность для большегрузных дорожных грузовиков в сочетании с улучшенной топливной экономичностью в ключевых точках движения автомобиля.

«Компания CTT внедрила потрясающие новые технологии в наш последний двигатель HE400VGT, чтобы помочь покупателям двигателей соответствовать строгим требованиям по выбросам и снизить общую стоимость владения», — сказал Мэтью Франклин, директор по управлению продуктами и маркетингу. По мере того, как клиенты разрабатывают свои стратегии в отношении будущих норм выбросов, CTT продолжает опираться на успех предыдущих запусков турбокомпрессоров, чтобы поставлять инновационные продукты, которые отвечают требованиям разработки двигателей наших клиентов без ущерба для производительности.

Хотите узнать больше о продуктах и ​​технических инновациях CTT? Подпишитесь на нашу ежеквартальную рассылку сегодня.

Метки

Компоненты

Cummins Turbo Technologies

Устойчивое развитие

Отдел новостей Cummins: Наши инновации, технологии и услуги

21 июля 2022 г. от Cummins Inc., мирового лидера в области энергетических технологий

Мастерский ход инженеров Cummins в Австралии и США привел к значительному сокращению затрат и экологическим преимуществам для горнодобывающих компаний, решивших восстановить свои двигатели QSK60 в рамках специальной программы модернизации.

Инженеры сосредоточились на возможностях восстановления QSK60 раннего поколения и на том, как его можно было бы модернизировать до новейшей дизельной технологии во время капитального ремонта без серьезных изменений базовой конструкции 60-литрового двигателя V16 — подвиг, который ускользал от других производителей двигателей.

Ключевой технологической модернизацией является впрыск топлива с заменой ранней системы насос-форсунки (HPI) на модульную систему Common Rail высокого давления (MCRS), которая теперь используется во всех высокомощных двигателях Cummins последнего поколения.

300-й модернизированный двигатель мощностью 2700 л.с. недавно сошел с конвейера в Центре капитального ремонта Cummins Master Rebuild Center в Брисбене, подчеркнув еще один успешный шаг в эволюции QSK60 и почему это передовой дизельный двигатель высокой мощности в мире. в мобильном майнинговом оборудовании.

«Снижение расхода топлива и увеличение срока службы до капитального ремонта являются ключом к снижению совокупной стоимости владения, и они были первоначальными целями разработки программы модернизации для QSK60», — говорит Грег Филд, менеджер по развитию горнодобывающего бизнеса Cummins. Азиатско-Тихоокеанский регион.

«Инновации лежат в основе долгой истории Cummins, и они, безусловно, сыграли свою роль в вариантах восстановления QSK60, которые мы можем предложить нашим заказчикам из горнодобывающей отрасли».

Итог впечатляет: выбросы твердых частиц в дизельном топливе сокращаются на 63 % благодаря технологии сгорания в цилиндрах без дополнительной обработки. Также есть плюс для технического обслуживания с меньшим содержанием сажи в масле.

Экономия топлива до 5 % постоянно регистрируется в полевых условиях для значительного сокращения выбросов парниковых газов, в то время как срок службы до капитального ремонта увеличивается на 10 %, что соответствует расходу топлива более 4,0 миллионов литров до того, как потребуется капитальный ремонт.

Помимо модернизации топливной системы до MCRS, модель QSK60 с одноступенчатым турбонаддувом также оснащена другими инновациями Cummins в области технологии сгорания, разработанными для соответствия требованиям стандартов на выбросы загрязняющих веществ Tier 4 Final и Stage V, самых строгих в мире стандартов на выбросы загрязняющих веществ для внедорожной техники. .

Пакет модернизации может быть применен к двум вариантам QSK60 – один с одноступенчатым турбонаддувом (известный как «Advantage») мощностью от 1785 до 2700 л.с., другой с двухступенчатым турбонаддувом, который может быть мощностью 2700, 2850 или 3000 л.с.

300-й модернизированный QSK60 отправлен компании Boggabri Coal в бассейн Ганнеда штата Новый Южный Уэльс для установки на самосвал Komatsu 930E. Двигатель хорошо зарекомендовал себя при добыче угля и железной руды в Австралии.

Метки

Горное дело

Знакомство с водородными автомобилями. Как они работают

Мы много слышим о разработке электромобилей – и это правильно. Но есть еще одна альтернативная автомобильная технология, о которой говорят меньше. И это зависит от самого распространенного химического элемента во Вселенной. Водород.

На дорогах Великобритании есть автомобили на водороде, и хотя вам может быть трудно найти их прямо сейчас, производители (в частности, Toyota, Honda и Hyundai) уже выпустили модели на водороде.

Правительство Великобритании также финансирует разработку водородных транспортных средств и инфраструктуры. В марте 2017 года компания объявила о выделении фонда в размере 23 миллионов фунтов стерлингов для ускорения этого развития, а министр транспорта Джон Хейс заявил в то время, что «электромобили на водородных топливных элементах могут играть жизненно важную роль наряду с аккумуляторными электромобилями, помогая нам сократить вредные выбросы».

Имея это в виду, вот еще немного информации о водородных транспортных средствах, в том числе о том, как мы участвуем здесь, в Арвале.

КАК РАБОТАЮТ ВОДОРОДНЫЕ АВТОМОБИЛИ?

Двигатели, работающие на водороде, уходят корнями намного дальше, чем вы думаете. Более двух веков назад французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз разработал примитивный двигатель, который работал на водороде и кислороде и воспламенялся от электрической искры.

В наши дни все дело в топливных элементах, но те же самые элементы по-прежнему лежат в основе химической реакции, происходящей в водородном автомобиле.

По сути, нет никаких движущихся частей, это просто химическая реакция, которая «подпитывает» действие. Он видит, как водород попадает в топливный элемент из бака и смешивается с кислородом, образуя H ₂ O в результате химической реакции, которая вырабатывает электричество, используемое для питания двигателей, приводящих в движение колеса.

Резервуары с водородом заправляются в процессе, который во многом аналогичен заправке бензинового или дизельного автомобиля. Вам просто нужно запереть трубу в машине и ждать. Стоимость заправки бака также сопоставима и составляет около 10 фунтов стерлингов за кг, что эквивалентно бензину.

ВОДОРОДНЫЕ АВТОМОБИЛИ: ПЛЮСЫ И ПРОТИВ

Так в чем преимущества водородных автомобилей?

– Быстрая заправка: по сравнению с подзарядкой электромобиля, водородный автомобиль можно полностью заправить за три-пять минут.

— Отсутствие вредных выбросов: единственное, что выбрасывается из автомобиля на водородных топливных элементах, — это вода.

– Впечатляющий запас хода: с запасом хода около 300 миль на одном баке водородные автомобили не уступают многим обычным автомобилям.

— Хорошие уровни эффективности: силовые агрегаты на топливных элементах намного эффективнее получают энергию из водорода, чем традиционные автомобили — из бензина или дизельного топлива.

А недостатки водородных автомобилей?

– Места заправки: в настоящее время в Великобритании всего 17 заправочных станций, и строительство каждой станции стоит 1,3 миллиона фунтов стерлингов.

— Стоимость: хотя стоимость заправки автомобиля водородом аналогична стоимости традиционного топлива, разработка технологии недешева, равно как и хранение или перемещение самого водорода.

– Предполагаемый риск для безопасности: водород легко воспламеняется, но опять же, бензин тоже, и это не помешало нам управлять миллионами бензиновых автомобилей.

РАЗРАБОТКА ВОДОРОДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Разработка водородных автомобилей в Великобритании находится на относительно ранней стадии. Однако, как упоминалось выше, некоторые производители уже сделали решительный шаг и разработали модели на основе этой технологии, в то время как другие находятся в стадии разработки.

Toyota Mirai, Honda Clarity и Hyundai iX35 можно найти в ограниченном количестве на дорогах Великобритании, при этом iX35 должен быть заменен новой моделью в 2018 году9.0003

Mercedes-Benz собирается выпустить водородную версию своего модельного ряда GLC. Это отражает общее внедрение водородных технологий в Германии, где в настоящее время по всей стране строятся 23 новые водородные станции.

ИНИЦИАТИВА «ВОДОРОДНЫЙ ХАБ»

Штаб-квартира Arval в Великобритании находится в Суиндоне, где около 50 организаций (включая нас) участвуют в инициативе, благодаря которой город стал «водородным центром». Hydrogen Hub – это отраслевое сообщество заинтересованных сторон, представляющих всю цепочку поставок водорода и топливных элементов, правительство, местные органы власти, предприятия, а также текущих и потенциальных пользователей.

Это означает, что в Суиндоне ведется большая работа по разработке водородных технологий, и, поскольку все это происходит в одном месте, это приведет к повышению осведомленности, сотрудничеству и открытости, а также к снижению затрат.

Среди других вовлеченных организаций: Nationwide, National Trust, Johnson Matthey, а также местные городские и окружные советы.

Благодаря широкому представительству компаний и секторов происходит четыре разных рабочих потока:

Комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ): проект по установке блока водородных топливных элементов, который будет обеспечивать энергией местные общественные здания. : разработка плана развертывания автобусов на топливных элементах в Суиндоне

Автомобили: Arval является исполнительным спонсором рабочего потока, который также поддерживается Toyota и Hyundai

В рамках рабочего потока «автомобили» мы получили доступную Toyota Mirai для наших сотрудников, и как единственная компания по аренде автомобилей, участвующая в Hydrogen Hub, мы получаем реальное представление о том, как работает водород.

Таким образом, у нас есть хорошие возможности увидеть и изучить, как технология развивается и как она потенциально может быть использована бизнесом в ближайшие годы, когда водородные автомобили можно будет увидеть во все большем количестве на дорогах Великобритании. Это было подтверждено нашим собственным исследованием автопарка в CVO 2017 года, где мы обнаружили, что 56% предприятий уже используют альтернативные виды топлива или рассматривают возможность использования альтернативных видов топлива в составе своего автопарка.

И это еще не все. Небо — это предел для водородного транспорта: четырехместный водородный самолет совершил свой первый полет в Германии в прошлом году и был провозглашен крупным шагом на пути к обезуглероживанию авиаперелетов.

Так что следите за водородными технологиями. Это может быть улица или аэропорт рядом с вами.

СМИ Контакт: +44 (0) 121 709 5587

Примечания к редактору

1. Оригинальная статья, опубликованная Arval
2. . Wydrode Hub-это индустрия, заинтересованные в промышленности. цепочка поставок водорода и топливных элементов, правительство, местные органы власти, предприятия, а также текущие и потенциальные пользователи.
3. Исполнительные члены обеспечивают стратегическое руководство, устанавливают приоритеты Hydrogen Hub и берут на себя ведущую роль в разработке проектов в Local Hydrogen Hub. Они также входят в состав Национального водородного узла, который работает с правительством над формированием политики в области энергетики и транспорта в Великобритании.

 

Как работают автомобили на водороде? – CSIROscope

Водород считается топливом будущего. Так как же работают автомобили на водороде и как будет работать наша новая заправочная станция в Виктории?

Вы, наверное, слышали об электромобилях. Но слышали ли вы о автомобилях с водородным двигателем ?

Мы строим новую водородную заправочную станцию ​​в нашем центре Clayton в Виктории. Это как заправочная станция, но для автомобилей с водородным двигателем и нулевым уровнем выбросов.

Но как автомобиль на самом деле работает на водороде? И как работает водородный топливный элемент?

Самый распространенный элемент на Земле

Молекулярный водород — это газ. Как химический элемент водород является самым распространенным элементом на Земле. И он содержит много химической энергии.

Если поджечь водород, он вступит в реакцию с кислородом воздуха. Он высвобождает свою энергию посредством взрыва. Но вместо неконтролируемого взрыва мы можем безопасно использовать эту энергию в водородном топливном элементе. Это топливный элемент, который питает водородные автомобили.

Как на самом деле работает водородный автомобиль?

Топливный элемент — это устройство, которое использует химическую энергию в форме водорода и превращает ее в электричество, которое может питать электродвигатель, как батарея. Итак, автомобиль на водороде приводится в движение электродвигателем.

Как это работает? Во-первых, водород, хранящийся в баке (толстостенный, прошедший краш-тесты и обычно под задним сиденьем), смешивается с воздухом и закачивается в топливный элемент. Внутри клетки химическая реакция извлекает электроны из водорода.

Оставшиеся протоны водорода перемещаются по клетке и соединяются с кислородом воздуха, образуя воду. Тем временем электроны создают электричество, которое заряжает небольшую аккумуляторную батарею, используемую для питания электрической трансмиссии (точно так же, как в электромобиле). Вот почему автомобили называются электромобилями на топливных элементах (FCEV), в отличие от аккумуляторных электромобилей (BEV), которые уже все чаще встречаются на наших дорогах.

Самая большая разница между FCEV и BEV (например, автомобилем Tesla) заключается в источнике электроэнергии. Электромобили работают от аккумуляторов, заряжаемых от электричества (даже от солнечных батарей). Но автомобили на водороде производят собственное электричество. У них на борту есть небольшая электростанция — топливный элемент.

Таким образом, в отличие от двигателя внутреннего сгорания, который производит углекислый газ, единственными конечными продуктами этой реакции, работающей на водороде, являются электричество, вода и тепло. Единственными продуктами выхлопа являются водяной пар и теплый воздух.

Toyota Mirai — Frontansicht (фото М 93 из Википедии).

Автомобили на водороде в Австралии

Австралия рассматривает водород как новый источник топлива. В настоящее время реализуется несколько крупномасштабных, демонстрационных и пилотных проектов. «Зеленый водород» — водород, полученный без использования ископаемого топлива, — это потенциальное топливо будущего. Это чистый источник энергии, который может помочь нам достичь будущего с нулевыми выбросами.

Водород можно использовать в качестве источника топлива в автомобилях, грузовиках, кораблях и даже самолетах. Несколько компаний работают над водородными автомобилями. В настоящее время в Австралии есть две модели автомобилей — седан Toyota Mirai (и Mirari второго поколения) и внедорожник Hyundai Nexo. Хотя их еще нельзя купить в частном порядке, их можно арендовать. И как вы заправляете этот топливный бак? Вот тут-то и пригодится наш водородный заправщик!

Как заправить автомобиль водородом?

Станция заправки водородом очень похожа на автозаправочную станцию. В Германии, США и других странах водородные заправочные насосы расположены на обычных заправочных станциях.

Вы заправляете его как бензиновый или дизельный автомобиль. Водородный заправщик имеет насос с соплом, который крепится к автомобилю. После того, как уплотнение было сделано, газообразный водород начинает заполнять бак автомобиля. Если уплотнение не прикреплено, насос не начнет качать, что гарантирует отсутствие утечек.

Водородные заправочные станции сегодня могут заполнить обычный бак автомобиля водородом примерно за пять минут. Это одно из преимуществ по сравнению с автомобилями с батарейным питанием, зарядка которых может занять намного больше времени.

Наша новая заправочная станция в Мельбурне

Мы приветствуем финансирование Правительством штата Виктория Технологического университета Суинберна для создания Викторианского водородного узла (Vh3). В рамках партнерства с Swinburne CSIRO получит 1 миллион долларов на разработку одной из первых в Австралии станций заправки водородом на нашей площадке в Клейтоне.

Предлагаемая демонстрационная установка водородной технологии и система заправки водородом.

Финансирование осуществляется в рамках гранта в размере 10 миллионов долларов США Технологическому университету Суинберна (Суинберн) для совместной работы над созданием Victorian Hydrogen Hub (Vh3).

Под руководством Суинберна Vh3 призван объединить исследователей, отраслевых партнеров и предприятия для тестирования, испытаний и демонстрации новых и появляющихся водородных технологий. Станция будет базироваться на нашем объекте в Клейтоне, совместном объекте с Суинберном.

Благодаря этому новому финансированию мы установим коммерческую станцию ​​заправки водородом на нашем заводе в Клейтоне в Виктории. Он будет располагаться рядом с комплексным демонстрационным комплексом по производству и хранению водорода. Водород будет храниться на месте и использоваться в качестве топлива для электромобилей Toyota Mirai на водородных топливных элементах.

Первоначально парк автомобилей на водороде будет доступен для CSIRO и наших партнеров в качестве пробной версии и примера использования в реальных условиях. Существует возможность расширения, чтобы обеспечить заправку других транспортных средств с нулевым уровнем выбросов в этом районе.

Движение вперед с водородом в Австралии

Чистый водород уже считается конкурентоспособным по стоимости топливом для автомобильного транспорта. Но одним из основных препятствий для более широкого освоения рынка является отсутствие инфраструктуры, поддерживающей его использование.

Новая водородная заправочная станция — ключевой шаг к устранению этого барьера. Это будет только одна часть нашей новой миссии в области водородной промышленности, которая помогает Австралии снизить риски при развертывании водородных технологий и демонстрировать новые технологии.

И, самое главное, это часть того, как мы помогаем Австралии перейти к будущему с нулевыми выбросами.

Топливо на нашей дорожной карте водорода

Сжигание водорода, объяснение | Аэробус

26 ноября 2020 г.

Инновации

Как уникальные свойства водорода идеально подходят для двигателей внутреннего сгорания

T Современные двигатели внутреннего сгорания в самолетах могут быть модифицированы для работы на альтернативных видах топлива для улучшения экологических характеристик. Теперь сжигание водорода — в газообразном или жидком виде — становится одним из наиболее многообещающих вариантов в этом отношении. Airbus изучает потенциал этой технологии в рамках подготовки к своей программе создания самолетов с нулевым уровнем выбросов.

 

Когда первый в мире двигатель внутреннего сгорания разогнался, в качестве топлива сгорел газообразный водород, а не бензин или дизельное топливо.

Шел 1804 год. После успешной разработки нескольких паровых экипажей франко-швейцарский изобретатель Исаак де Риваз нацелился на использование заряда взрывчатого вещества вместо пара внутри стационарного двигателя для приведения в действие насоса. Его первые эксперименты были сосредоточены на создании взрыва внутри цилиндра двигателя, чтобы вытолкнуть поршень. В то время он использовал смесь газообразного водорода и кислорода, чтобы поджечь этот взрыв, и это сработало. К 1807 году экспериментальный двигатель-прототип де Риваза использовался для приведения в движение повозки на короткие расстояния, за что получил признание как первое в мире транспортное средство, приводимое в движение двигателем внутреннего сгорания.

На протяжении 20-го века автомобильные компании, университеты, изобретатели и любители продолжали тестировать жизнеспособность двигателей внутреннего сгорания, работающих на водороде. Фактически, в 1970 году изобретатель Поль Дигес первым запатентовал модификацию газовых двигателей внутреннего сгорания, которая позволила им работать на водороде.

Сегодня двигатели внутреннего сгорания на водороде доказали свою способность успешно приводить в действие различные транспортные средства, от автомобилей до автобусов. Завтра сжигание водорода может привести в действие будущие коммерческие самолеты.

 

 

Сгорание или горение — это химический процесс, который включает выделение энергии из топливно-воздушной смеси. В случае сжигания водорода жидкий или газообразный водород сжигается в модифицированном газотурбинном двигателе для создания тяги. Этот процесс идентичен традиционному внутреннему сгоранию, за исключением того, что водород заменяет его аналог из ископаемого топлива.

Двигатель с искровым зажиганием, состоящий из неподвижного цилиндра и одного или нескольких подвижных поршней, работает следующим образом:

• В процессе впуска топливо смешивается с воздухом и подается в цилиндр.
• Затем поршень сжимает топливно-воздушную смесь, которая воспламеняется от искры. Воспламенение приводит к возгоранию.
• Расширяющиеся газы сгорания приводят в движение поршень, который вращает коленчатый вал.
• Это вращательное движение приводит в движение колеса автомобилей.

 

 

Единственный способ определить, какая водородная технология лучше всего подходит для топлива нашего концептуального самолета ZEROe, — это тестировать, тестировать, тестировать.

 Матье Томас, ведущий архитектор ZEROe Aircraft

 

Водород обладает многими уникальными свойствами, которые делают его пригодным для сжигания, включая следующие: -воздушные смеси. На самом деле водород может работать на «обедненной» смеси, а это значит, что количество топлива меньше, чем количество, необходимое для сгорания при данном количестве воздуха. Это приводит к большей экономии топлива и, как правило, более низкой конечной температуре сгорания, что снижает количество загрязняющих веществ, таких как NOx, выбрасываемых с выхлопными газами.

Высокая температура самовоспламенения:  Высокая температура самовоспламенения водорода обеспечивает более высокие степени сжатия в водородном двигателе по сравнению с углеводородным двигателем. Более высокая степень сжатия приводит к большему тепловому КПД или меньшим потерям энергии при сгорании.

 

Сжигание водорода уже используется в качестве топлива для самолетов. Фактически, в 1988 году в небо поднялся первый в мире экспериментальный коммерческий самолет, работающий на жидком водороде (а позже и на сжиженном природном газе): Туполев Ту-155. Он совершил около 100 испытательных полетов, а затем был помещен на хранение.

Теперь, более 30 лет спустя, авиационная промышленность вновь обращает внимание на сжигание водорода в коммерческих самолетах. Действительно, концептуальный самолет Airbus ZEROe может работать на водороде. Чтобы изучить возможности и ограничения этой технологии для коммерческих самолетов, Airbus объединится с различными партнерами из разных отраслей.

«Единственный способ определить, какая водородная технология лучше всего подходит для топлива нашего концептуального самолета ZEROe, — это тестировать, тестировать и еще раз тестировать», — говорит Матье Томас, ведущий архитектор ZEROe Aircraft. «Мы с нетерпением ждем возможности поделиться более подробной информацией о захватывающем межотраслевом партнерстве в области сжигания водорода».

 

 

Но для того, чтобы сжигание водорода работало, жидкий водород должен безопасно и надежно храниться на борту самолета. Из-за уникальных свойств водорода это может быть непросто. Например, резервуары необходимо изолировать, чтобы избежать испарения, если тепло передается хранящемуся содержимому за счет таких факторов, как теплопроводность. Вот почему на помощь пришло инженерное подразделение Airbus Defense and Space. Команда будет оказывать поддержку разработке и промышленному производству криогенных резервуаров для хранения жидкого водорода в рамках трехлетнего сотрудничества по проекту с командой программы ZEROe.

«Космическая отрасль десятилетиями использует сосуды под давлением для хранения жидкого топлива для исследования космоса, — объясняет Ренато Беллароза, руководитель отдела силовых установок и резервуаров в Airbus Defence and Space. «Поэтому у нас есть большой опыт в области устойчивости к повреждениям, в передовых производственных технологиях и в испытаниях сосудов под давлением, что является ключом к поддержке разработки резервуаров для хранения жидкого водорода для будущих двигательных установок самолетов. Именно такое межотраслевое сотрудничество приблизит нас к запуску в небо самолета с водородным двигателем в течение следующего десятилетия».

 

Toyota разрабатывает технологии водородных двигателей с помощью автоспорта | Корпоративный | Global Newsroom

22 апреля 2021 г.

Пресс-релиз Окружающая среда Водород Инновации Автоспорт

Скачать все изображения PDF

Тойота-Сити, Япония, 22 апреля 2021 г. — Toyota Motor Corporation (Toyota) объявила сегодня о разработке водородного двигателя для достижения углеродно-нейтрального мобильного общества. Он установил двигатель на гоночный автомобиль на базе Toyota Corolla Sport, который будет участвовать в соревнованиях под знаменем ORC ROOKIE Racing, начиная с серии Super Taikyu 2021 Powered by Hankook Round 3 NAPAC Fuji Super TEC 24 Hours Race 21 мая. 23.

Оттачивая свой водородный двигатель, находящийся в стадии разработки, в суровых условиях автоспорта, Toyota стремится внести свой вклад в создание устойчивого и процветающего мобильного общества.

Гонка серии Super Taikyu

Изображение водородного двигателя

Электрифицированные автомобили на топливных элементах (FCEV), такие как Toyota Mirai, используют топливный элемент, в котором водород вступает в химическую реакцию с кислородом воздуха для производства электроэнергии, питающей электродвигатель. Между тем, водородные двигатели вырабатывают энергию за счет сжигания водорода с использованием систем подачи топлива и впрыска, которые были модифицированы по сравнению с теми, которые используются в бензиновых двигателях. За исключением незначительного сгорания моторного масла во время вождения, что также имеет место в бензиновых двигателях, водородные двигатели не выделяют CO2 при работе.

Сгорание в водородных двигателях происходит быстрее, чем в бензиновых двигателях, что приводит к характеристике хорошей реакции. Обладая отличными экологическими характеристиками, водородные двигатели также могут передавать удовольствие от вождения, в том числе с помощью звуков и вибраций.

Toyota давно занимается инновациями в области технологий двигателей. Кроме того, компания применяет в серийных автомобилях технологии, которые она продолжает совершенствовать, участвуя в автоспорте, например, GR Yaris, выпущенный в сентябре прошлого года. А когда дело доходит до безопасности, Toyota намерена применить технологии и ноу-хау, накопленные в ходе разработки автомобилей на топливных элементах и ​​коммерциализации Mirai.

Планируется, что гоночный автомобиль с водородным двигателем, о котором было объявлено сегодня, будет заправляться во время гонок водородом, произведенным ^* на исследовательском полигоне водородной энергетики Фукусима в городе Намие, префектура Фукусима. Стремясь расширить водородную инфраструктуру за счет продвижения использования водорода, Toyota намерена продолжать усилия по восстановлению экономики и возрождению региона Тохоку вместе со всеми заинтересованными сторонами.

Для достижения углеродной нейтральности Toyota наращивает свои усилия, например, стремясь продвигать использование водорода посредством популяризации FCEV и многих других продуктов, работающих на топливных элементах. Продолжая совершенствовать свои технологии водородных двигателей с помощью автоспорта, Toyota намерена стремиться к еще лучшему обществу, основанному на водороде.

Обзор двигателя

Рабочий объем	1618 см3
Тип	Рядный 3-цилиндровый турбодвигатель с интеркулером
Использованное топливо	Сжатый водород

*	В сотрудничестве с Организацией по развитию новых энергетических и промышленных технологий (NEDO) и Министерством экономики, торговли и промышленности Японии

Toyota Motor Corporation занимается разработкой и производством инновационных, безопасных и высококачественных продуктов и услуг, которые приносят радость, обеспечивая мобильность для всех. Мы верим, что настоящее достижение связано с поддержкой наших клиентов, партнеров, сотрудников и сообществ, в которых мы работаем. С момента нашего основания более 80 лет назад в 1937, мы применили наши Руководящие принципы в стремлении построить более безопасное, экологичное и инклюзивное общество. Сегодня, когда мы превращаемся в мобильную компанию, разрабатывающую подключенные, автоматизированные, общие и электрифицированные технологии, мы также остаемся верными нашим Руководящим принципам и многим Целям устойчивого развития Организации Объединенных Наций, чтобы помочь создать еще лучший мир, в котором каждый свободен. двигаться.

Инициативы ЦУР

https://global.toyota/en/sustainability/sdgs/

ЦУР, достижению которых данный проект вносит особый вклад

СКАЧАТЬ (ВИДЕО)

Изображение водородного двигателя

ЗАГРУЗКИ (ИЗОБРАЖЕНИЯ)

Вид с подписью

• Гонка серии Super Taikyu

• Изображение водородного двигателя

• Официальный тест

• Официальный тест

• Официальный тест

• Официальный тест

• Официальный тест

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ СОДЕРЖИМОЕ

САМОЕ ПОПУЛЯРНОЕ

23 августа 2022 г.

Toyota представляет новую Sienta в Японии

02 августа 2021 г.

Toyota представляет новый Land Cruiser

13 января 2022 г.

Toyota запускает в Японии новые минивэны Noah и Voxy

05 ноября 2019 г.

Toyota запускает новый «Raize» в Японии

21 марта 2018 г.

Эволюция от 1-го к 8-му поколению

Основы водорода — двигатели внутреннего сгорания возможность высокой производительности в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Эти атрибуты были реализованы более чем за полвека с момента начала разработки водородных двигателей. В начале 19В 90-х годах FSEC проводил исследования по использованию водорода в ДВС. Эта работа привела к разработке смешанного топлива под названием HYTEST. Сегодня производители автомобилей и Министерство энергетики продолжают работать над водородными двигателями внутреннего сгорания.

Заправка водородом/природным газом (топливо HYTEST) Ford Ranger, лаборатория FSEC h3 (Фото: С. Спенсер)

Существуют четыре основные проблемы, связанные с двигателями и транспортными средствами, работающими на водороде: обратное срабатывание двигателя и восприимчивость водорода к возгоранию на поверхности, несколько сниженная мощность двигателя, высокие выбросы оксида азота (NOx) и проблема хранения топлива на борту и безопасность. Хотя для большинства этих проблем были найдены частичные решения, до сих пор нет общего мнения о наилучшем методе окончательного решения всех этих проблем.

Что касается характеристик водородного двигателя, то его предел воспламеняемости на воздухе является наиболее важным фактором. Низкий предел воспламеняемости водорода дает возможность довольно успешно использовать концепцию двигателя с обедненной смесью (LBE) с водородными двигателями. Концепция LBE относится к работе двигателя с обедненной смесью (более высокое отношение массы воздуха к топливу), чем стехиометрическое (химически правильное соотношение воздух-топливо). Объем работы, выполняемой в процессе расширения в двигателе, работающем на обедненной смеси, относительно велик (из-за более низкой температуры цикла), что приводит к пропорционально более высокому тепловому КПД.

Концепция LBE с водородом дополнительно облегчает и способствует использованию так называемого «регулирования смеси» или «регулирования качества» при малых нагрузках двигателя. В отличие от двигателей, работающих на бензине, которые требуют дросселирования при более низких нагрузках двигателя, двигатели, работающие на водороде, могут работать на пониженных уровнях мощности, ограничивая только скорость подачи топлива, не ограничивая скорость потока всасываемого воздуха. Таким образом, полностью исключаются «насосные потери» двигателя, возникающие при использовании дроссельной заслонки. Высокая температура самовоспламенения водорода дает возможность эксплуатировать двигатели, работающие на водороде, при более высоких степенях сжатия, чем те, которые обычно используются с бензиновыми двигателями. Результатом является дальнейшее увеличение указанного теплового КПД.

Препятствия к использованию водорода в ДВС вызваны его низкой энергией воспламенения и широкими пределами воспламеняемости. Это делает водородные двигатели особенно склонными к преждевременному воспламенению. Ситуация усугубляется высокой скоростью пламени водорода. Преждевременное зажигание приводит к вредным обратным ударам в карбюратор и грубой работе и, как полагают, происходит из-за образования «горячих точек» на поверхности. Индукционное зажигание может происходить из-за чрезмерных температур обоих компонентов камеры сгорания и небольших поверхностных отложений или взвешенных частиц. Исключительно низкая энергия воспламенения водорода требует, чтобы средняя температура, преобладающая в пространстве сгорания во время индукции, была достаточно низкой, чтобы избежать образования горячих точек. Это требует соответствующего охлаждения головки блока цилиндров, поршня, клапанов, стенок камеры сгорания и использования холодных свечей зажигания (свечи с неплатиновыми наконечниками). Одним из способов уменьшить влияние горячих точек камеры сгорания на преждевременное воспламенение свежего заряда является использование методов термического разбавления. Необычные характеристики тепло- и массообмена водорода делают почти необходимым переосмысление конструкции камеры сгорания и системы охлаждения, чтобы уникальные свойства водорода можно было использовать в полной мере.

Другим важным вопросом, связанным с работой двигателя, особенно на смесях водорода и воздуха, близких к стехиометрическим, является степень образования NOx. Эта проблема была решена с использованием любого типа термического разбавления заряда за счет использования избыточного воздуха (концепция сжигания обедненной смеси), впрыска воды в цилиндр и рециркуляции отработавших газов. Коллективные выводы многих исследователей, по-видимому, указывают на то, что для того, чтобы в полной мере воспользоваться концепцией сжигания обедненной смеси и широкими пределами воспламеняемости водорода для снижения выбросов NOx до приемлемых уровней, необходимо ограничить работу двигателя коэффициентами эквивалентности примерно 0,65 или ниже. Также можно добиться низкого уровня выбросов NOx в водородных двигателях, использующих внутреннее смесеобразование за счет DCI или впрыска через порт. В технике внутреннего смесеобразования водород подается в камеру сгорания непосредственно и под давлением. Этот подход потребовал разработки криогенной системы впрыска под высоким давлением, а также конструкции камеры сгорания с выступающими элементами, которые способствуют турбулентности и быстрому смешиванию водорода и воздуха в цилиндре. Представляется, что возможны мощные водородные двигатели, работающие на обедненной смеси, которые также производят минимальные выбросы NOx.

Сотрудники FSEC провели большую работу по использованию водорода и природного газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, изучив перспективы смешивания водорода с природным газом для улучшения характеристик двигателя и снижения выбросов двигателя. Исследователи начали работу со смешивания небольшого количества водорода (от 5 до 10 процентов) с природным газом, но результаты показали, что для достижения желаемого сокращения выбросов потребуются смеси, содержащие более 20 процентов водорода.