10Дек

Двс на водороде: О водороде, ДВС и электроприводе

Автомобили на водороде пока приносят убытки владельцам

Многие компании уже заявили о планах перевода своего транспорта на водород / Nick Carey / Reuters

Максимальный прирост потребления водорода в мире ожидается в транспорте: к 2030 г. спрос здесь может увеличиться со 140 000 т сейчас до 14 млн т в год. Об этом говорится в обзоре НРА, с которым ознакомились «Ведомости».

Но водород остается «крайне неудобным газом» для транспорта и есть риск, что прогнозы по его применению в секторе не сбудутся, вытекает из исследования. Эксперты НРА отмечают «высокую стоимость, размеры оборудования и отсутствие инфраструктуры» и добавляют, что «топливный элемент, работающий на водороде, имеет очень ограниченный ресурс».

Но многие компании уже заявили о планах перевода своего транспорта на водород. А почти все крупные автопроизводители (Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler и др.) намерены начать выпускать технику на водороде. К осени 2021 г., по данным НРА, в мире было продано около 11 200 водородомобилей. Для сравнения: продажи электромобилей в первом полугодии 2021 г. составили около 2,6 млн шт.

По словам управляющего директора рейтинговой службы НРА Сергея Гришунина, в США транспорт на водородных топливных ячейках пока дорог в обслуживании: около $240 на 100 км, из которых 49% составляют затраты на амортизацию и 51% – операционные затраты. Электромобиль обходится в $166 на 100 км, а автомобиль с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) – в $125, добавил эксперт.

Дороговизна водородных машин связана с высокой стоимостью энергомодуля, поясняет он. «Энтузиасты считают, что уже к 2027 г. цена владения для водородомобиля, электрокара и машин с ДВС станет сопоставимой», – отметил Гришунин. Риск того, что ожидания могут не сбыться, по его словам, заключается в возможном резком подорожании платины (используется в топливных элементах). Увеличение потребности в ней, по мнению эксперта, может спровоцировать резкий рост цен на платиноиды, сопоставимый с восьмикратным «палладиевым ценовым рывком», наблюдавшимся при массовом переводе на этот металл автокатализаторов.

В мире развивается также пассажирский городской и грузовой транспорт на водороде. В 2021 г. в Китае продали 993 водоробуса, в Германии в 2020 г. начали эксплуатировать первые 10 водородных автобусов. На железной дороге водородные топливные ячейки позволяют отказаться от электрификации участков, где пока ходят дизельные поезда. С 2018 г. водородные поезда используются в Германии, Австрии, Швеции и Франции, отмечается в обзоре НРА. В авиации также существует ряд водородных проектов. Так, 2008 г. Boeing провел испытания двухместного водородного самолета на базе модели Dimona. Airbus в 2020 г. представил сразу три концепта самолетов на водороде.

Россия отстает в водородной гонке

По оценкам НРА, в России транспорт на водородных ячейках к 2030 г. займет менее 1% от общего потребления этого газа в стране. В феврале 2022 г. РБК сообщал со ссылкой на проект технологической стратегии развития водородной отрасли в России о планах перевести 10% городского и междугородного пассажирского транспорта на водород к 2030 г.

Но эксперты и компании транспортной отрасли не верят в реальность достижения этой цели. Автомобилей на водороде в России нет, а созданный «Камазом» водоробус существует пока лишь в пилотном исполнении. В компании не ответили на запрос «Ведомостей».

Представитель Государственной транспортной лизинговой компании (ГТЛК) указывает на то, что для масштабного перевода общественного транспорта на водород в стране нет ни серийных проектов (например, водоробусов), ни заправочной инфраструктуры. Он добавил, что ориентировочная цена первых российских водоробусов слишком высокая. Такая техника в 7 раз дороже, чем новые автобусы, работающие на газомоторном топливе (ГМТ – компримированный газ или СУГ), которые сейчас пользуются спросом в регионах, отметил он. Собеседник добавил, что ГТЛК будет готова поддержать водородный сегмент транспорта, «как только появится рыночная модель водоробуса и пойдут заявки от транспортных компаний».

Другой российский проект водородного транспорта – поезда для Сахалина, которые «Трансмашхолдинг» (ТМХ) намерен выпустить к 2024 г. Но еще в августе 2021 г. гендиректор ТМХ Кирилл Липа в интервью журналу «Техника железных дорог» признавал, что пока российского водородного топливного элемента необходимой мощности не существует, он появится к 2027–2028 гг. В ТМХ на момент публикации на запрос «Ведомостей» не ответили.

Первым делом поезда и автобусы

По мнению экспертов, водородный транспорт требует существенных вложений частных компаний и государства и будет развиваться в России медленнее. «Инфраструктура требует более значительных инвестиций в сравнении с вложениями в разработку водородных транспортных средств», – отмечает президент НИЦ «Перевозки и инфраструктура» Павел Иванкин.

Гендиректор «Infoline-аналитики» Михаил Бурмистров указывает, что в России пока даже метановые заправки загружены не более чем на 50% и в ряде регионов работают в убыток, несмотря на госпрограммы по переводу автомобилей на газ и частичную компенсацию расходов на переоборудование техники. При этом, по мнению Бурмистрова, у водородных поездов и водоробусов перспектив в России больше, чем у личного водородного транспорта. «Заправочная инфраструктура для них централизована, а решение о закупке принимают, не в последнюю очередь ориентируясь на цели госпрограмм по развитию городского транспорта. Но когда такие проекты станут рентабельными, пока судить сложно», – добавил он.

Аналитик «Финама» Александр Ковалев также обращает внимание на то, что в России «институциональная потребность зеленого перехода пока выглядит неоднозначной». «Даже электромобили у нас пока плохо приживаются в силу отсутствия инфраструктуры и других страновых факторов. И пока предпосылок изменения ситуации к 2030 г. не наблюдается», – говорит он.

Водород в автомобилях: Опасности и сложности использования

Плюсы и минусы использования водорода в качестве автомобильного топлива

Начало 21-го века, как и само начало XX века, также считается временем перемен. Вновь перед населением нашей Планеты замаячила технологическая революция и вновь главное место в ней занимают, как и всегда — автомобили. Как и сто лет назад быстрыми темпами начали развиваться альтернативные виды транспорта, не связанные с привычными нам двигателями внутреннего сгорания.  Все чаще можно увидеть на дорогах мира автомобили гибриды, которые приводятся в движение электродвигателем и ДВС. В развитых странах Мира и Европы все чаще входят в обиход электрокары. Совсем еще недавно, каких-то 7 — 10 лет назад, ученные и инженеры пророчили таким машинам с ДВС большое будущее, работающим на самом распространенном элементе в нашей вселенной — водороде. Все это человечество уже проходило в начале прошлого столетия. А потому, заново и вновь подтверждает свою актуальность распространенное по всему белу свету изречение: «Все новое — это хорошо забытое старое».

 

Сейчас наша Планета переживает новый кризис,- нефтяной. Только связан он не с дефицитом черного золота ставшего на 100 лет локомотивом развития всего человечества, а с перенасыщенностью данного вида товара на рынке. Это быть может и есть тот первый сигнал говорящий нам о том, что «нефтяной век» подходит к своему концу. Как говорят, — каменный век закончился не потому что закончились камни. Поэтому нам так важно сегодня развивать запасной план (запасной источник знергии, для авто в том числе) на случай, если…

 

21 век в автомобильном мире будет веком распространения технологий будущего. Но не всем новым технологиям суждено выиграть в этом  естественном отборе.

 

И так, приступим. Менее десяти лет назад единственной реальной альтернативой ископаемым видам топлива был по сути водород. Прошли годы, а никаких серьезных подвижек в этом направлении так сделано и не было. Наоборот, аутсайдер того времени то есть электрокар,  из пешек, перешел в дамки, с появлением автомобиля Tesla и разработкой очень надежных и прогрессивных аккумуляторов, из которых всем стало ясно, что электрические автомобили — это всерьез и надолго.

Почему так получилось? Ведь водородный ДВС был практически идеальным способом приводить в движение автомобиль. Он не требовал больших вложений в разработку нового агрегата (водород может использоваться в качестве топлива в обычном двигателе внутреннего сгорания). По данным статистики, в случае использования водородного топлива мощность мотора упадет с 82 — до 65%, по сравнению с обычным бензиновым мотором. Но внеся небольшие изменения в саму систему зажигания, мощность того же двигателя сразу увеличится до 118%.

 

Первый плюс ДВС работающего на водороде: -необходимы минимальные изменения в конструкции двигателя для того, чтобы мотор перевести на новый вид топлива

 

Экологичность такого вида топлива тоже не подвергается сомнениям. Последняя серийная разработка японской автомобилестроительной корпорации «Toyota» доказала, что «выхлоп» водородного автомобиля можно…по-просту пить. Это лмчно продемонстрировал один зарубежный автожурналист. Он сделал несколько глотков воды поступающей прямо из выхлопной трубы автомобиля Toyota Mirai, и тут-же сказал, что на вкус данная вода вполне себе даже ничего, настоящая дистиллированная, без примесей.

 

 Второй плюс этих ДВС — экологичность. Никакого загрязнения окружающей среды вредными выбросами в атмосферу. Значит, сведение к минимуму этих парниковых газов и спасение нашей прекрасной Планеты. Вот к чему может привести использование этого вида топлива.

 

Следующий фактор о водородных двигателях (его косвенно можно считать таковым). Исторически так уж сложилось, что водородом заправляли еще «автопионеров» среди ДВС. Первый такой водородный двигатель был построен французским конструктором Франсуа Исаак де Ривазом аж в 1806 году.

 

Не забудем и те героические времена истории Нашей с вами страны. В блокадном Ленинграде на водород было переведено более 500 автомобилей. И они без особых проблем несли свою непростую но нужную службу.

 

 Получается, что водород, как топливо для сжигания в ДВС, используют уже достаточно давно. Значит и особых проблем в создании современного автомобиля не должно просто быть.

 

Четвертый значительный фактор говорящий за целесообразность использования вещества с формулой h3- это его колоссальная распространенность на планете. h3 (водород) можно получать даже из отходов и сточных вод.

 

 Часто встречающиеся в природе вещества достаточно дешево стоят. Значит и водородное топливо не должно быть дорогим.

 

 

 

Пятый фактор. — Водород может использоваться не только в ДВС. Технологии также позволяют применять его в так называемом «топливном элементе».

Топливный элемент отделяет один электрон в атоме водорода от одного протона и использует электроны для получения электрического тока. Это электричество способно питать двигатель в электрокаре. В самих топливных элементах также не используется ископаемое топливо, поэтому таковые (топливные элементы) по-просту не загрязняют окружающую среду. И главное достоинство — они безопасны, водород не может сам по себе самопроизвольно испарится из них. Казалось бы, просто идеальный преемник двигателю внутреннего сгорания в качестве источника энергии для автомобилей 21-го века.

 

 Использование водорода может происходить в различных силовых установках, делая его таким образом более гибким к развитию технологий. Разрабатываемые современные водородные автомобили в основном используют эту данную схему, как наиболее безопасную и продуктивную.

 

Не мало плюсов, неправда ли друзья? И они все очень даже весомые. Но почему тогда до сих пор мы не видим миллионы водородных самодвижущихся экипажей вокруг нас по всей планете? На то есть свои определенные причины, и они также очень сегодня важны.

 

Смотрите также: Десять самых странных источников энергии для автомобильных двигателей

Давайте рассмотрим некоторые из причин, в том числе серьезные опасности, которые могут быть связаны с водородной энергетикой.

Первый минус. -Да, это правда, водород самый распространенный элемент во всей Вселенной, однако на самой Земле в чистом виде газообразный водород найти сегодня практически невозможно. Этот газ необычайно легок. Поэтому в чистом виде он очень быстро (почти моментально) поднимается к верхним слоям атмосферы и уходит дальше в безвоздушное пространство.

 

В подавляющем большинстве случаев атомы водорода связаны с другими типами атомов в разнообразные молекулы, которые образуют после этого различные вещества. Вот например, h3O, более известная нам всем, как вода, или тот же СН4, также известный, как метан, оба эти элемента содержат в себе молекулы водорода.

 

Смотрите также: Истинные радиационные опасности в нашей окружающей среде

 

Поэтому получается, прежде чем водород может быть использован в качестве альтернативного топлива, он сначала должен быть извлечен из этих самых веществ, а затем уже переведен в особое состояние, то есть как правило, в тот самый сжиженный и необходимый нам вид.

 

На все эти действия потребуются очень большие затраты энергии, а значит и коллосальные материальные средства. К примеру, для извлечения h3 (водорода) из воды с помощью электролиза требуется большое количество электроэнергии, что на данный момент просто нерентабельно. По разным подсчетам стоимость 1 литра сжиженного водорода составляет примерно от $2 долларов и до 8 Евро, в зависимости от способа его добычи.

 

Следующим звеном в цепочке под номером два идет: -отсутствие развитой структурной сети самих водородных заправок. Стоимость оборудования для таких заправочных станций в разы выше, чем у обычной АЗС. Существует различные проекты для водородозаправляющих станций, как от классических АЗС, так и до частных минизаправок. При сегодняшнем развитии смежных технологий все эти проекты чрезвычайно дороги и относительно опасны.

 

Развитие сети водородных заправок дело будущих десятилетий. Именно столько должно пройти времени, чтобы стоимость их постройки была целесообразной.

 

Существуют ли опасности, которые связаны с наличием большого количества чистого водорода скопившегося в одном месте? Безусловно существует. Когда жидкий водород хранится в резервуарах, это безопасно, но стоит ему просочится в окружающую среду, как он моментально превращается в гремучую смесь (гремучий газ).

 

Водородный автомобиль BMW: Прототип

 

В плюсах мы уже отметили, что водородом можно заправлять автомобили с обычным двигателем внутреннего сгорания (в домашних условиях не повторять! ОПАСНО!!!), но однако, этот обычный двигатель проработает на чистом водороде не долго. Он быстро сломается. При сгорании водородной смеси выделяется большее количество тепла, чем при сгорании того же бензина, а это может привести под высокими нагрузками к перегреву клапанов и поршней двигателя. Помимо этого ,под воздействием высоких температур h3 (водород) может влиять на саму смазку в двигателе и на материалы из которых сделан мотор, что непременно приведет к повышенному износу рабочих частей агрегата.

 

Отсюда мы делаем неутешительный вывод: -без очень дорогостоящей модернизации ДВС, которая должна приспособить мотор к работе на этом виде горючего, использование водорода как топлива не приведет к ожидаемому результату.

 

А пока все построенные объекты для заправки автомобилей водородом скорее всего используются в качестве рекламного хода и для демонстрации возможностей будущего.

 

Топливные ячейки стоят на третьей позиции в качестве минусов. Эти вроде безопасные элементы тоже не избежали тернистого пути метода проб и ошибок. Как и с теми же заправочными станциями и с теми же двигателями ДВС, все упирается именно в стоимость применяемых на данный момент технологий.

 

Приведем один пример. В качестве катализатора в этих топливных элементах используется на данный момент платина. А теперь представляете друзья стоимость такой детали?!

 

Некоторые технологии для ДВС настолько дороги, что проще купить жене платиновое кольцо с бриллиантом, чем заменить сломавшуюся деталь в водородном автомобиле.

 

Хорошая новость в этом достаточно дорогом деле заключается в том, что ученные непрерывно день-изо-дня ищут замену этому драгоценному металлу. Разрабатываются все новые технологии, проходят тестирования новые современные материалы. В конечном итоге ученые надеются, что «топливные элементы будущего» могут существенно снизить себестоимость сегодняшних элементов в 1000 раз и более.

 

И наконец последними, возглавляющими наш список минусов водородных технологий являются: — смертельные опасности, связанные с жидким и газообразным водородом.

Возглавляет окончательный список проблем — само возгорание водорода. В присутствии окислителя, т.е. кислорода, водород может сам по-себе просто загореться. Иногда такое возгорание происходит в виде взрыва. Согласно проведенным исследованиям было установлено, что для воспламенения водорода достаточно всего одной 10(десятой) частички энергии, что требуется для воспламенения бензина. Проще говоря можно сказать, что достаточно  всего маленькой искры от статического электричества, чтобы этот гремучий газ вспыхнул.

 

Еще одна проблема кроется в том, что это пламя водорода почти невидимо. При возгорании водорода пламя настолько тускло, что с ним не так-то просто бороться (справиться).

 

Это интересно: 5 «зеленых» технологий из-за которых мы не понимаем, почему бензин до сих пор так популярен

 

А вот друзья еще одно летальное свойство водорода: -он может привести к удушью. h3 конечно не ядовит, но, если вы начнете дышать чистым водородом, то можете просто задохнуться и все потому, что будете просто-напросто лишены обычного кислорода. И хуже того, распознать, что концентрация водорода в воздухе очень высока просто невозможно, так как он совсем невидим и не имеет запаха, так же как и сам кислород.

 

И наконец последняя причина. Как и любой сжиженный газ водород имеет очень низкую температуру. При утечке из бака и непосредственным контактом с открытыми участками тела человека, он может привести к серьезному обморожению.

 

Действительно ли водород на столько опасен?

Наверное, после всего прочитанного Вы будете уважаемые читатели просто в шоке, что водород на столько опасен. И возможно никогда не захочете покупать себе водородный автомобиль, если в будущем у вас появится такая возможность(?).

 

На самом деле не все так уж и плохо. Поскольку газообразный водород чрезвычайно легок, то при утечке он быстро рассеется в самой атмосфере. Тогда ни какой гремучей смеси не получится и опасность взрыва будет сведена к минимуму.

 

Что касается опасности удушья, то мы ответим вам так: –такая проблема может случиться только в замкнутом пространстве, например в гараже. Если же утечка водорода произойдет на открытом воздухе, то его концентрация будет незначительной и небольшой, опасности для жизни она не представляет.

 

И напоследок: -самые известные водородные автомобили современности:

 

Honda FCX Clarity

Mercedes-Benz F-CELL

 

Toyota Mirai

 

BMW Hydrogen 7

 

Mazda RX-8 hydrogen

Toyota против запрета автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Ридус

Toyota против запрета автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Ридус
  • Интересное
  • Авто

102475

  • Дмитрий Александров, редактор рубрики «Авто»

На климатической конференции в Глазго была принята Декларация COP26 об ускорении перехода на автомобили с нулевым выбросом вредных веществ. Шесть производителей, включая GM, Ford, Volvo и Daimler, подписали документ, взяв обязательства прекратить производство автомобилей с двигателями внутреннего сгорания к 2040 году. Два крупнейших производителя — Toyota и Volkswagen — отказались присоединиться к декларации.


В Toyota Motor считают, что переход к электромобилям преждевременен по ряду причин. Многие страны не готовы к эксплуатации из-за отсутствия инфраструктуры. Кроме того, переход к производству электромобилей грозит мировому автопрому безработицей.

В Японии, где массовые увольнения затруднены с политической точки зрения, привлекательность водородных технологий в том, что переход к ним связан с меньшими социальными потрясениями, чем переход к производству электромобилей. По оценкам Японской ассоциации производителей автомобилей, в отрасли занято 5,5 миллиона человек.

Toyota предлагает компромисс — переход к автомобилям, в которых водород используется в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания или энергоносителя для блока водородных топливных элементов. Переход к использованию водорода, по мнению Toyota, решит проблему климата и не разрушит глобальную автомобильную промышленность, рискующую потерять десятки тысяч рабочих мест.

Пока делегаты климатической конференции обсуждали в Глазго, как спасти планету, глава Toyota Motor испытывал экспериментальный водородный автомобиль в Японии.

Toyota Corolla, испытания которой Акио Тойода предпочел климатическому саммиту, оснащена модернизированным двигателем внутреннего сгорания, работающим на водороде.

«Наш враг — углерод, а не двигатели внутреннего сгорания, — подчеркивает Акио Тойода, — Мы не должны концентрироваться на одной технологии и использовать все варианты, которые у нас есть. Достижение углеродной нейтральности не означает, что человечество должно сужать выбор до одного варианта».
«Мы не хотим, чтобы нас воспринимали как производителя электромобилей, — пояснил позицию Toyota заместитель председателя правления корпорации Сигеру Хаякава в интервью Reuters, — Наша цель — углеродная нейтральность в масштабах компании».

С тем, что альтернатива электромобилям есть, и что будущее не обязательно связано с отказом от двигателей внутреннего сгорания, согласен Такеши Мияо, аналитик компании Carnorama, специализирующейся на исследованиях в сфере автомобильной промышленности.

«Если внедрение безуглеродного топлива произойдет быстро, бум аккумуляторных электромобилей может остановиться», — утверждает Мияо.

Несмотря на принципиальную позицию Toyota в отношении водородных технологий, крупнейший мировой производитель автомобилей не может игнорировать растущий рынок электромобилей (количество регистраций в мире выросло на 41% в 2020 году по данным Международного энергетического агентства). В качестве ответа к 2025 году Toyota запланировала ввести в свою линейку 15 моделей электромобилей и собирается инвестировать 13,5 млрд долларов в расширение производства аккумуляторов за ближайшие десять лет.

Toyota — не единственный производитель, инвестирующий в производство автомобилей на водородных топливных элементах (FCV). Однако ни один из них не демонстрирует такого энтузиазма. Нет его и у отраслевых экспертов.

Одна из проблем заключается в том, что автомобиль на водородных топливных элементах не может быть отнесен к транспорту с нулевым уровнем выбросов. При эксплуатации автомобиля с водородным двигателем внутреннего сгорания и электромобиля с блоком топливных элементов в атмосферу выделяется небольшое количество металлов и окислов азота, приблизительно 2% от содержания в выхлопе автомобиля с ДВС. Выпуск аккумуляторов для электромобилей также приводит к выбросу углерода на этапе производства, но во время эксплуатации электромобили не загрязняют окружающую среду.

Еще одна проблема с водородом заключается в том, что для хранения топлива необходимы специальные баллоны, выдерживающие большое давление. Производство топливных баков требует тщательного контроля качества. Кроме того, баки с водородом занимают много места — например, в экспериментальной гоночной Toyota Corolla под них выделена почти вся задняя часть кузова.

Из соображений безопасности инженерам Toyota приходится заправлять автомобиль на большом расстоянии от линии пит-стопов, где обслуживают автомобили другие команды. По той же причине в Японии замедлилось строительство водородных заправочных станций. К концу августа в Японии было построено 154 водородных станции — на шесть меньше запланированного на начало года.

Темпы снижаются, несмотря на то, что правительство Японии поддерживает развитие инфраструктуры. В правительстве считают, что водородные технологии — ключевой компонент в построении углеродно-нейтральной энергетики на уровне всей страны.

Однако даже если темпы развития инфраструктуры ускорятся, Toyota придется приложить усилия к тому, чтобы создать водородный автомобиль, который сможет конкурировать по цене, запасу хода и эксплуатационным расходам с обычными бензиновыми автомобилями и электромобилями.

Во время испытаний водородной Toyota Corolla вопрос о сроках создания конкурентоспособного серийного автомобиля был задан Акио Тойода. Глава крупнейшего в мире производителя автомобилей сказал, что пока ответа у него нет.

Читайте также:

  • «Эра электромобилей» принесет тотальную безработицу
  • Тысячи парижан вышли на улицы с требованием отставки Макрона
  • Киев получил от Вашингтона грант в 1,5 млрд долларов
  • Испания поставила Украине боеприпасы к крупнокалиберной артиллерии

Как работают водородные двигатели? | Cummins Inc.

Отдел новостей по КАММИНЗ: Наши инновации, технологии и услуги

Джим Небергвал, Генеральный директор подразделения по водородным двигателю

Водород является все более популярным носителем энергии. Его можно легко производить из воды с использованием возобновляемого электричества, и он сгорает без каких-либо выбросов парниковых газов. Он бесцветный, не имеет запаха и не разливается. Неудивительно, что двигатели для водородных двигателей как часть пункта назначения 0-это большой интерес.

 

Как водородное топливо может иметь транспортное средство?

Использование водорода для питания двигателя или двигателя является более прямолинейным, чем вы могли бы подумать. Это можно сделать двумя способами.

Первый способ включает устройство, известное как топливный элемент. Топливный элемент преобразует водород в электричество, которое затем приводит в действие электрические двигатели транспортного автомобиля, как и в любом электрическом автомобиле.

Другой способ-это водородные двигатели; Двигатели внутреннего сгорания, которые сжигают водород в качестве топлива. Любой из методов имеет свои преимущества и области применения там, где они лучше всего подходят. Однако последняя, использующая двигатели внутреннего сгорания, представляет собой более привычную технологию.

На самом деле один из самых первых двигателей внутреннего сгорания работал на смеси водорода и кислорода и включал в себя электрический зажигание с искровым механизмом. Его изобретатель, бывший швейцарский офицер артиллерии по имени Франсуа Исаак де Риваз, использовал его для постройки транспортного средства, которое могло переносить большие нагрузки на короткие расстояния.

 

Дизельный двигатель vs. двигатель для двигателей на природном газе vs. двигатель для водородов

Сегодня, если вы увидели современный двигатель внутреннего сгорания, разработанный для работы на водороде, вы, возможно, не знаете, что он не предназначен для использования в природном газе. Четырехтактные двигатели для внутреннего сгорания водорода (водород) работают на одном и том же цикле, что и обычные двигатели на природном газе, и имеют почти одинаковые компоненты-блок двигателя, рукоятку, головки цилиндров, систему зажигания, детали установки и т. д.

Аналогичные компоненты имеют также дизельные двигатели и двигатели на водороде. К ним относятся блок двигателя, рукоятка и монтажные детали, такие как крепления и корпуса маховика.

В компании КАММИНЗ Inc. Мы используем наши существующие платформы и опыт в области применения технологии зажигания для построения водородных двигателей. Наш Водородный двигатель представляет собой искровый вариант двигателя с подобной системой машинного оборудования для двигателей на природном газе и бензиновых двигателях.

Эта высокая общность среди компонентов двигателя представляет преимущества масштабирования. Эта экономия масштаба имеет решающее значение для транспортного сектора в пути снижения уровня выбросов. Это снижает затраты и обеспечивает необходимую надежность.

Кроме того, имеются различия между двигателями водорода и другими двигателями с зажиганием, такими как природный газ и бензиновые двигатели.

Например, различия в физических свойствах водорода влияют на дозированный и впрыснутое топливо и воздух. Предварительное зажигание представляет собой большую проблему для водородных двигателей, чем для бензиновых двигателей, поскольку воспламениться легче, чем водород. Прямой впрыск — это один из способов преодоления проблем с предпламенным зажиганием. Системы прямого впрыска вводят топливо-водород, в данном случае-непосредственно в цилиндры, а не в впускный коллектор или порты. Если инжекция осуществляется в момент, когда впускной клапан закрыт, то при этом могут быть предотвращено негативные последствия. Еще одно решение заключается в том, чтобы полностью спроектировать систему сгорания водорода.

Другим аспектом является образование оксидов азота или NOx. Оксидов азота представляет собой атмосферный загрязнитель, что может привести к ухудшению качества воздуха и привести к коричнево-оранжевой дымке, которая формируется над некоторыми крупными городами в летнее время.

Когда в присутствии большого количества кислорода сгорает водород, образуется очень мало оксидов азота. Однако при ожогах на водороде с воздухом, находящимся вблизи стехиометрического типа, может образоваться значительное количество оксидов азота. В результате, водородные двигатели, как правило, настроены на запуск Lean с избыточным удоботом 2 или выше. Это означает, что для цилиндров требуется примерно в два раза больше воздух, чем для стехиометрического двигателя. Для того, чтобы удалить этот избыток оксидов азота, водородным двигателям часто требуется система очистки выхлопных газов.

 

Могут ли водородные двигатели работать на средней и большой грузоподъемности грузовых автомобилей и автобусов?

Двигатели для внутреннего сгорания водорода являются привлекательными для производителей автотранспортных средств по двум основным причинам. Во-первых, их сходство с традиционными двигателями внутреннего сгорания. Во-вторых, способность водорода для силовых транспортных средств в качестве топлива с нулевым уровнем выбросов углекислого газа.

Изготовитель оригинального оборудования (OEM) может создавать транспортные средства с водородными двигателями, которые очень похожи на существующие двигатели для внутреннего сгорания. Большинство других компонентов и программного обеспечения транспортного средства остаются прежними.

Двигатели для двигателей на водороде также привлекательны для конечных пользователей. Двигатели на водороде выглядят, звучат и работают как двигатели для внутреннего сгорания, к которым привык каждый механик в мире. Их надежность и долговечность равны тому, что и дизельные двигатели.

В настоящее время компания КАММИНЗ испытывает водородные двигатели для снижения риска хрупкости и эрозии водородных выбросов. Мы будем делиться нашими выводами по мере выполнения наших тестов.

Операторы коммерческого парка могут приобретать транспортные средства с водородными двигателями без тревоги, которая может возникнуть в результате инвестирования в совершенно новую технологию.

примеры водородных двигателей в секторах мобильности и транспортировки также выходят за пределы средней и большой грузоподъемности. Вы можете найти пользователей, оценивающих водородные двигатели в морских, строительных и других условиях.

Таким образом, вы можете не знать сразу, что транспортное средство предназначено для использования водорода, если вы увидели его двигатель, но если вы увидели его топливный бак, вы сразу же поняли бы это. Хранение водородных бортовых автотранспортных средств безопасно, и оно становится более экономичным и практичным. Недавно компания КАММИНЗ создала совместное предприятие с NPROXX, которое является лидером в области хранения и транспортировки водорода для резервуаров для хранения водорода. Это совместное предприятие предоставит клиентам системы хранения на основе водорода и сжатого природного газа как для шоссейных, так и для железнодорожного транспорта.

 

 

Никогда не пропустите последние и Будьте впереди. Зарегистрируйся ниже, чтобы получить последнюю информацию о технологиях, продуктах, новостях отрасли и т. д.

Никогда не пропустите последнее

Будьте в курсе новейших технологий, продуктов, отраслевых тенденций и новостей.

Адрес эл. почты

Компания

Отправьте мне последние новости (отметьте все, что применимо):

Грузоперевозки

Автобус

Пикап

Строительство

Сельское хозяйство

Джим Небергнол является Генеральным директором подразделения по развитию водородных двигателей в компании КАММИНЗ Inc. и руководит глобальными усилиями компаний по коммерциализации двигателей внутреннего сгорания, работающих на водороде. Двигатели для внутреннего сгорания водорода-это важная технология в ускоренном пути компании к декарбонизации.

Джим присоединился к КАММИНЗ в 2002 году и занимал многочисленные руководящие должности в компании. Совсем недавно Джим был директором по стратегии и управлению продуктом в североамериканском бизнесе двигателей для шоссейных автомобилей в Северной Америке. Джим увлечен инновациями и посвятил свою карьеру в продвижении технологии, которая улучшает окружающую среду. Он раздвинул границы ориентированных на клиента инноваций, чтобы позиционировать Камминза в качестве лидирующего поставщика силовых агрегатов, управляя портфелем, начиная с передовых двигателей на дизельном и природном газе и заканчивая гибридными силовым агрегаты.

Джим окончил Университет Пердью со степенью бакалавра в области электротехники и компьютерной технике. В 2007 г. он получил степень магистра по бизнес-администрированию в Индианском университете.

Отдел новостей по КАММИНЗ: Наши инновации, технологии и услуги

Компания «Камминз Инк.», глобальный лидер в области энергетических технологий

90% американского бизнеса-это малые и средние величины. Они являются подлинными двигателями нашей экономики, используя миллионы рабочих. Благодаря тому, что многие из них ищут новые способы расширения своих услуг, получения доходов и развития своего бизнеса, для дома и портативных генераторов может стать новым источником дохода.

Серебряная подкладка в темных облаках

Согласно Ассошиэйтед пресс, перебои с энергоснабжением в течение последних двух десятилетий удвоились и привели к напряжению стареющей энергосети нашей страны. Это повышает частоту и длительность отключения электроэнергии. Эти частые отключения создают потребность в надежной резервной мощности для домохозяйств и других предприятий. А для предприимчивого малого и среднего бизнеса, удовлетворяя эту потребность с генераторами КАММИНЗ-это огромная возможность.

Какие предприятия могли бы извлечь максимальную пользу из того, чтобы стать официальными дилерами ? Вот наша пятерка:

1. Генеральные подрядчики -в случае стихийных бедствий, таких как ледяные бури, ураганы, сильные ветры, лесные пожары или землетрясения, утраченное энергоснабжение не является единственной проблемой, стоящей перед клиентами. Существует часто физическое повреждение имущества, которое должно быть отремонтировано. Когда они помогают клиентам в восстановлении, генеральные подрядчики имеют возможность оценить энергетические потребности дома или бизнеса и предложить добавить генераторы™ домашний резервный генератор . Если Заказчик соглашается, у Генерального подрядчика появляется не только прибыль от продажи генератора, но и трудозатраты для его установки.

2. электрики -хороший Электрик-надежный источник информации. Они не только являются экспертами по движению электронов, но и часто знают о конкретных электрических установках своих клиентов. После длительного отключения электроэнергии, многие из них часто спрашивают: «есть ли что-нибудь, что вы можете сделать, чтобы держать мое электричество в следующий раз, когда питание погаснет?» Электрики, которые продают и устанавливают генераторы Home резервные генераторы , могут сказать: «Да, да, есть». Установка домашних резервных генераторов может быть еще одним ценным сервисом, который могут предоставить электрики.

3. Отопление и охлаждение подрядчиков -во время отключения электроэнергии, один из самых важных систем постучал в автономном режиме для владельцев дома и бизнеса является их центральное отопление и система охлаждения. Без тепла и холодного воздуха в течение длительного времени не только неудобно, но это может быть опасно, если температура на улице Экстремальная. Поэтому, естественно, после восстановления мощности, поиск способа сохранить систему ОВКВ во время следующего отключения электроэнергии становится лучшим в своем уме. Поскольку подрядчики по обогреву и охлаждению являются экспертами по установке крупных систем в домах и на предприятиях, добавление генераторы генераторов для домов и предприятий является естественным способом добавления еще одного центра прибыли в их предприятия.

4. Интернет-магазины -up до сих пор мы обсуждали резервные генераторы. Для предприятий, которые не специализируются на установке генераторов постоянно на место, переносных генераторов может быть Манимейкера. В то время как переносные генераторы могут использоваться во время отключения электроэнергии, они лучше подходят для небольших задач из-за их портативности. Это делает их идеальными для кемпинга, стробирования, строительных площадок и т. д. Благодаря прочной и надежной репутации Камминса, наши переносные генераторы идеально подходят для розничных продавцов, ориентированных на эти сегменты рынка.

5. солнечные панели установщики -большинство домашних солнечных панелей подключены непосредственно к электросети. Так что, когда питание выходит, солнечные батареи прекращают обеспечивать энергоснабжение. Для резервного источника электроэнергии, установщики солнечных панелей могут либо установить резервную копию солнечной батареи, которая заряжается от солнечных батарей, либо создать генератор для дома в режиме ожидания. Как правило, резервные копии солнечных батарей могут работать только в течение нескольких часов, поэтому, если область подвержена погодным простоям, резервным генератором для дома, таким как генераторы , является лучший выбор.

Сейчас настало время

Больше людей, чем когда-либо искали резервную генерацию электроэнергии, теперь прекрасное время, чтобы расширить предложения вашей компании, став официальным дилером . Чтобы узнать больше, посетите веб-сайт cummins.com/partners/dealers .

Отдел новостей по КАММИНЗ: Наши инновации, технологии и услуги

Компания «Камминз Инк.», глобальный лидер в области энергетических технологий

Тепловые волны, которые вызывают избыточный спрос на электроэнергию… засухи, которые делают гидроэлектроэнергию менее доступным… электрические сети, находящиеся вблизи от активных лесных пожаров, закрываются для обеспечения безопасности. .. старение, сверхусиленные энергосети… сильный ветер, что оснастки Powerlines… Все это объясняется тем, что в этом году некоторые районы страны могут столкнуться с запланированными отключений электроэнергии.

Если вы живете в области, подверженной веерным веениям, вот несколько советов, которые помогут вам подготовиться к их семье:

  • подписаться на уведомления от вашего местного электроснабжения -если эта услуга доступна из вашей локальной утилиты, он может дать вам предупреждение, чтобы начать подготовку до питания гаснет.
  • Загрузите наш окончательный контрольный список -он предоставляет подробную информацию о том, что делать до, во время и после отключения. Он даже показывает вам, что делать для детей, домашних животных и членов семьи с медицинскими потребностями. Вы можете скачать его here .
  • запас непортящихся продуктов питания и воды -убедитесь, что у вас есть руководство может нож, тоже. План, чтобы иметь достаточно для всех, чтобы ваша семья может оставаться гидратированных и питаться во время затемнения.
  • делает или закупает лед и охладители -если у вас есть достаточное количество предупреждений, делайте или покупайте лед, чтобы вы могли упаковать некоторые из ваших скоропортящихся продуктов в охладители, чтобы сохранить его. (Холодильник только сохранит свою внутреннюю температуру в течение примерно четырех часов. Морозильная камера в течение примерно 48 часов.)
  • купить Фонари и дополнительные батареи -отключения может быть, ну, черный. Фонарики можно использовать для обеспечения безопасности, если вам нужно передвигаться ночью, но используйте их экономно. Удостоверьтесь в том, что у вас есть достаточное количество для каждого члена семьи.
  • держать заряженные мобильные телефоны и газовые баки -ваши телефоны и ваши транспортные средства-это ваши линии жизни для внешнего мира. Если у вас есть EV, удостоверьтесь в том, что он полностью заряжен.
  • практикуют ручную открывание гаражных дверей — если вам нужно куда-то подъехать, вам сначала нужно иметь возможность вытащить свой автомобиль из гаража.
  • Plan для лекарственных средств, требующих охлаждения -возможно, вам придется хранить их в охладителе, например, в охлаждаемой пище, пока не вернется питание.
  • инвестирует в полностью домашний резервный генератор — для обеспечения максимального душевного спокойствия, рассмотрим один из КАММИНЗ генераторы™ домашних резервных генераторов . В случае отключения электроэнергии, ваш генератор автоматически включается и держит ваш дом на питание.
  • устанавливают детекторы угарного газа с резервными аккумуляторами -поместите их в центральные места на каждом этаже, так что если какой-либо угарный газ попадет в дом, вы сразу же получаете предупреждение.

Веерно-веерно-вееры становятся все более и более распространенными. К счастью, есть способы планировать заранее и не дать им полностью нарушить свою жизнь. Чтобы увидеть различные способы, которыми Камминс может помочь вашей семье сохранить питание в ходе этих запланированных перебоев в подаче электроэнергии, зайдите к нам в cummins. com/na/generators/home-standby/whole-house-and-portable или найдите местного дилера в cummins.com/na/generators/home-standby/find-a-dealer .

Отдел новостей по КАММИНЗ: Наши инновации, технологии и услуги

Компания «Камминз Инк.», глобальный лидер в области энергетических технологий

По мере того как нормы выбросов становятся более жесткими, Turbo Technologies (CTT) обязуется помогать клиентам сокращать выбросы и продвигать экономию топлива за счет инновационных технологий обработки атмосферного давления.

Созданная на протяжении 70 лет инноваций и надежности, CTT и Holset внедрили широкий спектр передовых в отрасли технологий обработки воздушных средств. В 2021 году, CTT запустила турбокомпрессор с изменяемой геометрией 7 поколения серии 400 (VGT), чтобы помочь производителям двигателей соответствовать будущим стандартам выбросов и предложить лучшие в своем классе экономию топлива. В КАММИНЗ инновации никогда не останавливаются, поскольку мы продолжаем продвигать наши современные технологии и разрабатываем новые. С учетом этой философии, CTT в настоящее время готовится к внедрению 8-го поколения HE400VGT. Двигатель специально спроектирован для того, чтобы обеспечить высокую производительность, надежность и долговечность на рынке грузовых автомобилей большой грузоподъемности объемом 10 – 15 л.

CTT добилась значительного улучшения характеристик турбокомпрессора благодаря последнему поколению продуктов. Турбокомпрессор 8th поколения на 5% улучшил свою эффективность по сравнению с предыдущим турбодизельным 7-ым поколением.

Помимо повышения эффективности турбокомпрессора, помогающего клиентам в сокращении объема двигателя, двигатель HE400VGT имеет лучшую переходную реакцию, устойчивость к слиянию масла с улучшенными компрессором и двойной Поиск ключевых компонентов для обеспечения гибкости цепочки поставок.

Основные основные характеристики Holset HE400VGT включают в себя новую систему подшипников и практически нулевые зазоры для повышения производительности и быстротечных ответных мер. Эти усовершенствования достигаются путем ужесточения зазоров на этапе компрессора, снижения радиального движения на турбинном этапе, улучшения отделки поверхности и новых конструкций Aero.

Планируется запустить в 2024 году, этот турбокомпрессор включает в себя следующее поколение смарт-Электрический привод и датчик скорости с последним чипсет для повышения производительности и долговечности. Стратегия двойного поиска помогает смягчить любые непредвиденные перебои с электроникой, которые в последнее время досаждали отрасли.

Наряду с усовершенствованием производительности, турбокомпрессор последнего поколения предложит лучшую в своем классе производительность для шоссейных грузовиков большой грузоподъемности, в сочетании с улучшенной экономией на ключевых ходовых точках автомобиля.

«CTT внедрило захватывающие новые технологии в наших последних HE400VGT для того, чтобы помочь клиентам двигателя соблюдать строгие требования к выбросам и снизить общую стоимость владения»,-сказал Мэтью Франклин, директор по управлению продукцией и маркетингу. По мере того как клиенты устанавливают свои стратегии для предстоящих норм по выбросам, CTT продолжает наращивать успех предыдущих запусков турбокомпрессоров для предоставления инновационных продуктов, которые удовлетворяют потребности наших клиентов в разработке двигателей без ущерба для производительности.

Хотите узнать больше о продуктах и технических инновациях CTT? подписаться на наш ежеквартальный информационный бюллетень сегодня.

Отдел новостей по КАММИНЗ: Наши инновации, технологии и услуги

Компания «Камминз Инк.», глобальный лидер в области энергетических технологий

В результате капитального ремонта, прокатного инженерами Камминза в Австралии и США, были предприняты значительные сокращения издержек и экологические преимущества для горнодобывающих компаний, которые решили восстановить свои двигатели QSK60 в рамках специальной программы модернизации.

Инженеры сосредоточили свои усилия на том, чтобы восстановить возможности QSK60 в раннем поколении, и как его можно было бы модернизировать до последней дизельной технологии во время капитального ремонта, без каких-либо существенных изменений в базовой конструкции 60-литровый двигатель V16-подвиг, ускользавшие от других производителей двигателей.

Ключевым обновлением технологии является впрыск топлива, а система раннего впрыска системы (ИНН) заменена модульной аккумуляторной системой высокого давления (СВД), которая в настоящее время представлена на всех двигателях последнего поколения с высокой мощностью.

300-й Модернизированный двигатель, номинальная мощность которого составляет 2700 л. с., недавно сошел с конвейера производства в центре капитального ремонта Камминза в Брисбене, подчеркнув еще один успешный шаг в эволюции QSK60 и почему это самый высокоэффективный дизельный двигатель во всем мире в области мобильной горнодобывающей техники.

«Снижение расхода топлива и увеличение срока службы до капитального ремонта — это ключи к снижению общей стоимости владения, и они были первоначальной целью разработки программы обновления для QSK60», — говорит Грег Филд, менеджер по развитию горнодобывающей промышленности в г. КАММИНЗ, Азиатско-Тихоокеанский регион.

«Инновации лежат в основе долгой истории Камминса, и она, безусловно, сыграла свою роль в восстановлении QSK60, которое мы можем предложить нашим клиентам из горнодобывающей промышленности».

Итог впечатляет: выбросы дизельных двигателей на 63% снижены на 0% за счет технологии сгорания внутри цилиндров без последующей обработки. Кроме того, имеется дополнительная поддержка при меньшем использовании масла для обеспечения более простой сажочной нагрузки.

Fuel savings up to 5% are consistently reported in the field for significant greenhouse gas emissions reduction, while life-to-overhaul is extended by 10%, translating to fuel consumption of more than 4.0 million liters before rebuild is required.

Помимо модернизации топливной системы и систем управления двигателем QSK60 с одноступенчатой турбонаддувом также отличает другие инновации, связанные с технологией сгорания, которые были разработаны для соответствия требованиям уровня 4 Final и этапа V, самых строгих стандартов по выбросам внедорожного движения в мире.

Комплект модернизации обновления может быть применен к двум вариантам QSK60-One с одноступенчатом турбонаддувом (известный как «преимущества»), который может быть оценен от 1785 до 2700 л. с., другой с двухступенчатой турбонаддувом, которая может быть рассчитана на 2700, 2850 или 3000 л.с..

300-я модернизированный QSK60 отправился на уголь Boggabri в бассейне реки НЮУ Ганнеды для установки в магистральном пикапе «Комацу 930E». Двигатель доказал свою ценность как на угле, так и на добыче железной руды в Австралии.

Краткая история водородных двигателей и топливных элементов: от XIX века до наших дней « Журнал

В предыдущей части мы рассказали про первый водородный двигатель де Риваза и его неудачных попытках хоть как-то заработать на своем детище. Разумеется, попытки создать альтернативу паровой машине в виде двигателя внутреннего сгорания продолжались и после де Риваза, а поскольку априори было ясно, что топливо для него должно было сгорать внутри цилиндра с поршнем или турбиной без остатка, то и выбор топлива был ограничен. Нефтеперегонка находилась в начале XIX века находилась в зачаточном состоянии, спирты и эфиры были бы чересчур дорогим топливом, да и производства их в больших количествах еще не было. Если не считать таких экзотических вариантов, как смесь сушеных спор плауна из рода ликоподиум с угольной пылью и смолой в двигателе братьев Ньепс, то оставалось только газообразное топливо, а точнее болотный газ или, как его еще называли, рудничный газ, то есть метан, или светильный газ, то есть неочищенный водород.

Такой водород был отходом производства при коксовании угля и пиролизе древесины, то есть мог использоваться в промышленных масштабах. Добыча же природного метана, как и нефти, только-только начиналась, первым коммерчески успешным устройством, работающим на метане, была горелка Бунзена (1857 год). К тому же теплотворная способность водорода была в 3,5 раза больше, чем у метана, поврежденная стена и разбитый буфет в доме де Риваза были тому самым наглядным подтверждением. Словом, получалось, что единственная реальная альтернатива паровой машине до поры до времени была только одна — продолжать совершенствовать водородные ДВС Барбера, Стрита, Лебона, де Риваза, что и происходило вплоть до появления бензинового ДВС.  

Обычно историки техники перечисляют примерно дюжину патентов на новые версии водородных двигателей, полученные изобретателями за этот отрезок времени — с 1820-х до 1870-х гг. В некоторых есть интересные и, как показало время, перспективные новации. Например, в 1833 году Лемюэль Райт получил английский патент №6525 на «взрывной двигатель» с водяным охлаждением. В 1833 английский патент №7615 на двигатель с внутрицилиндровой компрессией газа был выдан Уильяму Барнету. Но самым громким событием стал двигатель Этьена Ленуара образца 1860 года (французский патент № 3624), про который газеты в Европе и Америке сообщили: «Эпоха пара закончилась!» 

Двигатель Лемюэля Райта


Двигатель Ленуара фактическим был доведенным до совершенства одноцилиндровым двухтактным двигателем Филиппа Лебона с кривошипно-шатунной передачей и электрическим зажиганием, искра в цилиндре вызывалась с помощью катушки Румкорфа. Как и лебоновский прародитель, двигатель Ленуара был «атмосферным», то есть сжатие топлива перед его воспламенением в цилиндре не предусматривалось. Он был безотказен в работе и технологичен при изготовлении. По разным данным, всего было построено от 300 до нескольких тысяч водородных моторов Ленуара. Изобретатель продемонстрировал также последовательно два варианта «иппомобиля» — экипажа со своим мотором, который развивал скорость до 3 км/ч и без приключений мог проехать километров двадцать. Правда, требовались частые остановки для дозаправки, водородное топливо быстро заканчивалось.

«Иппомобиль» Ленуара

И наконец, апогеем водородного «двигателя взрывного огня» XIX века стал четырехтактный двигатель с компрессией Николауса Отто, запатентованный им в 1876 году. Более мощный, чем двигатель Ленуара, он пользовался спросом, даже по лицензии производился в Германии. Но для использования на колесном транспорте этот двигатель был слишком большим и тяжелым. Интересно, что в первоначальном варианте 1862 года двигатель Отто был почти точной, только более современной копией двигателя де Риваза: «атмосферным», двухтактным, и компоновка у него была такая же — с вертикальным цилиндром, и рабочий ход поршня осуществлялся не при его движении вверх под напором взрыва топливных газов, а при падении вниз под действием собственного веса.  

В середине 1880-х годов появляются ДВС современного типа, они работают на жидком топливе (сначала керосине, а потом на более легкой фракции перегонки нефти — бензине). Они, как у Отто, четырехтактные, но более компактные и более мощные на единицу своей массы. Ситуация меняется коренным образом, отныне инженерная мысль направлена в другое русло: она не изобретает новые варианты газовых двигателей, в том числе и водородного, а старается адаптировать бензиновые ДВС к газообразному топливу, в том числе водороду. 

Двигатель Отто

Первым, кстати, это попытался сделать Ленуар. В 1883 году он подает патентную заявку на модификацию своего двигателя, который теперь мог работать и на водороде, и на «углеводородной жидкости». А всего у него будет шесть таких патентов: французский № 158259, выданный ему в 1888 году, а также британский, итальянский, австрийский, испанский и даже русский, которые он получил с января по апрель 1885 года. Даты их получения Ленуаром говорят о том, что в главном патентном ведомстве Франции его, похоже, не очень любили, а также о его тонком чутье: куда дует ветер, Ленуар почувствовал за два года до того, как Даймлер впервые проехался на своем «керосиновом мотоцикле». Но двигатель Ленуара на «углеводородной жидкости» так и остался в виде стопочки патентов разных стран, а двухколесный керосиновый einspur reitwagen Готлиба Даймлера и Вильгельма Майбаха дал начало всей современной автомобильной промышленности.

На фотографиях начала прошлого века и в хронике немого кинематографа можно увидеть автомобили с ДВС на водороде с огромными прорезиненными мешками на крыше, похожими на аэростаты. Кубометр водорода (тогда еще с примесью угарного газа) по теплотворности эквивалентен примерно 1,5 л бензина, и легко подсчитать, какого размера должен был быть баллон с водородом на крыше авто, эквивалентный бензобаку, например, на 40 литров. Тогда же появились авто с ДВС, работавшими на сжатом газе в баллонах, но это был метан, а не водород, пока еще не было подходящих технологий для его сжатия. 

Но как топливо для двигателей водород не исчез, и двигатели на нем успешно работают до сих пор. Напомним только, что речь идет о техническом водороде XIX века, в котором собственно водорода было чуть больше половины. В начале прошлого века появились первые газогенераторы на борту автомобилей, в которых в результате пиролиза угля или дров вырабатывался тот самый «светильный газ» Филиппа Лебона, то есть «водород» всех водородных двигателей с конца XVIII по начало ХХ века. Наиболее удачная конструкция автомобильного газогенератора получилась у немецкого инженера-химика Георга Имберта, запатентованная им в 1921 году. И в наши дни вполне успешно работает автотранспорт с газогенераторами, то есть фактически водородными двигателями  — потомками по прямой линии водородных моторов де Риваза, Лебона и других давно забытых пионеров водородной энергетики.

С 1920-х годов речь идет о более или менее химически чистом водороде. Его тоже использовали в ДВС, адаптируя их к водородно-воздушной смеси. Например, такие двигатели стояли на дирижаблях графа Цеппелина. А в блокадном Ленинграде в 1941 году Борисом Шелищем автомобильные двигатели серийных ГАЗ-АА (полуторок), которые возили, поднимали и опускали аэростаты заграждения, были переведены на питание водородно-воздушной смесью из аэростатов, потерявших плавучесть.  

Как у де Риваза, первый опыт у младшего воентехника гаража 2-го корпуса ПВО Щелища закончился взрывом в результате типичного для ДВС эффекта обратной вспышки. Пришлось изготовить из баллона использованного огнетушителя импровизированный водяной затвор на впуске водорода в двигатель. На водород перешли и машины московской ПВО, а Борис Щелищ был награжден орденом Красной Звезды. Формула его рацпредложения технически грамотным языком описана в представлении его на награду, вероятно, его командир тоже был инженером.

После войны появились реактивные двигатели на жидком водороде, в основном ракетные, в том числе в виде маршевых двигателей космических челноков. В нашей стране был и успешный опыт авиадвигателя на жидком водороде. Первый полет Ту-155 с таким двигателем состоялся 15 апреля 1988 года, а всего он совершил около ста испытательных полетов прежде, чем отправился на хранение в результате «ускорения и перестройки».

В наземном транспорте инженеры сочли перспективным водород как топливо в роторно-поршневом двигателе Ванкеля, где в цилиндре не ходил поршень, а вращался трехгранный ротор, имевший в сечении форму треугольника Рёло. В нашей стране тоже велись такие работы, и в 1970-е годы водородные двухроторные двигатели Ванкеля в экспериментальном порядке ставили на ВАЗ-2106. 

В 2003 году Mazda выпустила спортивный RX-8 Hydrogen RE с двухроторным двигателем Ванкеля, который мог переключаться с водорода на бензин и обратно. Это была пятая по счету с 1970-х годов машина компании Mazda с водородным ДВС. Другие мировые производители тоже отметились моделями автомобилей, автобусов, вспомогательного автотранспорта с ДВС на водороде, но дела тут шли, что называется, ни шатко, ни валко: прототипы, экспериментальные модели, спортивные гоночные модели, мелкосерийные партии. 

Причин тут несколько, но главная из них заключается в том, что несмотря на лозунги о светлом будущем водородной энергетики пока для нее нет налаженной инфраструктуры. А кроме того, «зеленые», которые со времен своего алармисткого младенчества в 1960-е годы приобрели к сегодняшнему дню немалую законодательную силу в развитых странах Запада, не особо настаивают на водородных ДВС. В них выхлопа углекислого газа действительно практически нет, зато идет выхлоп окислов азота, из которого на три четверти состоит воздух. А окислы азота — это не умозрительные парниковые газы, а источник реальных «кислых дождей». И, наконец, на сегодня есть вполне успешные в техническом плане водородные двигатели с совершенно иной родословной — водородные топливные элементы. 

Их история начинается примерно в то время, когда де Риваз обдумывал конструкцию своего водородного «двигателя взрывного огня». В 1800 году Алессандро Вольта прислал описание своей электрической батареи (вольтова столба) президенту Лондонского Королевского общества сэру Джозефу Бэнксу. Ботаник Бэнкс переадресовал его Уильяму Николсону, инженеру-изобретателю, и хирургу Вестминстерской больницы Энтони Карлайлу — вдруг им пригодиться? Пригодилось. Буквально в первом же своем опыте с батареей Вольты они разложили электрическим током обычную воду h3O на газообразные химически чистые водород и кислород — Н2 и О2. Потом Фарадей назовет это электролизом, сформулирует его законы, и далее электрохимия пойдет по своему пути.

В 1842 году Фарадей получил письмо от профессора Лондонского института (предшественника Лондонского университета) со словами: «Я только что закончил любопытную вольтовую батарею, которую, я думаю, вы захотели бы увидеть». В своей «батарее» он осуществил обратный электролизу воды процесс: водород и кислород, соединяясь, создавали ЭДС, а в сухом, а точнее мокром остатке была вода. Это и был первый водородный топливный элемент (или топливная ячейка), как потом назвали этот тип химического реактора.

На первый взгляд ничего особенного: электрические батареи-аккумуляторы, которых к тому времени было уже с дюжину разных модификаций, тоже давали ток за счет окислительно-восстановительных реакций. Но было принципиальное отличие. Аккумулятор со временем садится и требует подзарядки, то есть восстановления исходного состава электролита. Здесь же был не аккумулятор, а генератор тока, да какой! Практически вечный двигатель, только подавай в него водород (вновь получаемый электролизом той же воды, которая получалась на выходе), а кислорода для его окисления и так достаточно в окружающем воздухе. И никакого пламени, никаких взрывов.

Топливная ячейка Гроува для промышленного применения была слабенькой, мощностью в 36 ватт (19 ампер при напряжении 1,9 вольта). Но главное был известен принцип, а остальное, как говорится, было дело техники. Но, как выяснилось, дело было не столько техники, сколько технологий. Сам профессор Гроув, став сэром и королевским патентным поверенным, всю свою долгую жизнь занимался совершенствованием своего водородного электрогенератора, но повысить его эффективность ему так и не удалось. Долго не удавалась сделать это и другим. 

В 1889 году на заседании Лондонского Королевского общества Людвиг Монд и Карл Лангер представали топливный элемент, который они назвали «новой формой газовой батареи», а Людвиг Освальд, разработавший в начале ХХ века теорию топливных ячеек,  считал его «прототипом практического топливного элемента». Практичность ячейки Монда и Лангера состояла в том, что они постарались уйти от конструкции с жидким электролитом и создать твердотельный водородный генератор электричества. Электролитом (серной кислотой) они пропитывали матрицу, или, как они еще называли, диафрагму из абсорбента (гипса, фаянса, асбеста, картона и т.д.), которую зажимали между перфорированными листами из золота или платины и весь этот гамбургер заворачивали в тонкую пленку черной платины. Но производительность их топливного элемента — 6 ампер с квадратного фута (площади электрода) с напряжением 0,73 вольта тоже было невелика, причем в течение часа работы она падала на 10%.

А потом произошло событие, которое, казалось, ставило крест на водородных топливных ячейках и уводило инженерную мысль в иное русло. В 1894 году доктора Уильяма Жако осенила идея получать электричество напрямую из угля, он сам так и писал: «Ко мне пришло почти как откровение, что если кислород воздуха можно было бы заставить соединяться с углем…,  энергия химической реакции обязательно превратится в электричество». В платиновый тигль размером с чайную чашку он поместил каустическую соду (едкий натр NaOH) и довел до жидкого состояния на бунзеновской горелке. В расплаве платиновой проволочкой удерживался кусочек угля, а через платиновую трубочку вдувался воздух. Проволока, которой удерживался уголек, была отрицательным полюсом, а другая проволока, припаянная к стенке тигля — положительным полюсом. Они были присоединены к маленькому электромотору, который при продуве воздуха начинал вращаться. Электродвижущая сила была немногим более 1 вольта.

Масштабировав тигель до железного стакана промышленных размером с мощностью электродвигателя на выходе в 2 л.с., Жако запатентовал свою топливную ячейку (патент США №555511). В патентной заявке он подчеркнул, что его изобретение прежде всего состоит в новом способе преобразования угля и углеродистых соединений в электроэнергию и что его следует еще совершенствовать, потому что хотя ток в его генераторе «достаточно велик, но напряжение меньше, чем требуется для большинства коммерческих целей». 

Патент Жако

Но при первой же попытке его совершенствования в 1904 году Фрицом Габером и Людвигом Брунером выяснилось, что в расплаве Жако идет не только не окисление угля (углерода) кислородом, но и образование водорода причем сразу в двух реакциях (углерода с едким натром и образующего моноксида углерода с ним же). Их вывод был неутешительным для Жако: внутренний порок его угольного топливного элемента состоит в попутной генерации водорода и его перспективы невелики, поскольку электролит всегда будет расходоваться на получения водорода. Инженерная мысль снова сконцентрировалась на водородной топливной ячейке, а с фальстарта Жако берет начало самостоятельная ветвь электроэнергетики на основе «прямого угольного топливного элемента (DCFC — direct coal fuel cell), которую в наши дни с переменным успехом стараются приспособить к генерации электричества из биомассы.

Наверное, лучше всего — внятно, коротко и без пробелов — история топливных ячеек от Гроува до наших дней изложена в книге Fuel Cell Technology Handbook book (2002) Грегора Хугерса из университета прикладных наук Трира. На русский язык она, к сожалению, пока не переведена, но на английском свободно доступна в интернете. Если же брать только самые заметные вехи на этом пути, то, помимо рассмотренных выше, следующим этапом были работы Эмиля Баура, который в середине 1930-х годов после экспериментов с керамикой Нернста (композиты из оксидов циркония, тория, иттрия и ряда других редких металлов) пришел к выводу, что эффективные топливные элементы могут быть только целиком твердотельными.

С такими металлическими электролитами в 1939 году начались работы в энергохимической лаборатории МЭИ под руководством Оганеса Карапетовича Давтяна, который в 1946 году получил за них орден Красного Знамени  (как в свое время лейтенант Щелищ в блокадном Ленинграде за другую водородную технологию), а 1947 году доктор наук Давтян опубликовал книгу «Проблема непосредственного превращения химической энергии топлива в электрическую», которая тут же была переведена на английский и стала бестселлером среди тамошних специалистов по топливным элементам, они ее цитируют до сих пор.

Надо сказать, что в области водородных топливных ячеек наша страна в те годы шла, как говорится, ноздря в ноздрю с западными разработками. Иное дело, что многие их этих работ были засекречены. Как, впрочем, на Западе, где работы Фрэнсиса Томаса Бэкона в Кембридже над топливной ячейкой подпадали под закон о государственной тайне. Заслуга инженера Бэкона и его команды состояла в том, что они решили проблему коррозии кислородного электрода топливной ячейки и с помощью легирующей добавки лития в оксид никеля создали перспективный для топливных ячеек полупроводник p-типа.  

В 1956 году лицензию на патенты Бэкона приобрела компания Pratt & Whitney, выигравшая конкурс на разработку систем электрообеспечения для будущих пилотируемых космических аппаратов. Они, включая «Апполоны» с лунным модулем и шаттлы, были оборудованы батареями из 6-киловаттных топливных элементов Бэкона. У нас в стране на обитаемых космических аппаратах ставили фосфорнокислотные топливные элементы, а на челноке «Буран» стояли щелочные топливные ячейки, как у Бэкона, только 10-киловатные.

Неплохо обстояло у нас дело и с наземным транспортом на топливных ячейках. Практически одновременно с испытанием первых пока еще экспериментах машин и автобусов на топливных ячейках на Западе, НПО «Квант» в 1970-е годы разработала щелочные ячейки для нового, уже готового к серийному производству микроавтобуса «РАФ». Его прототип с комбинированной энергоустановкой на основе водородо-воздушного ТЭ мощностью 2 кВт и никель-цинковой аккумуляторной батареей (5 кВт/ч) прошел экспериментальную эксплуатацию и был представлен на международной выставке «Электро-82». Стартовал проект оборудования топливными элементами венгерского автобуса «Икарус», общественного транспорта в крупных городах Советского Союза, но потом по известным причинам обо всем этом пришлось забыть. Спустя 20 лет пришлось начинать с того, на чем мы остановились в 1980-е годы. На сегодня созданы опытные образцы ТЭ мощностью до 10 кВт с твердополимерным электролитом на базе отечественных мембран, разрабатываются ТЭ мощностью до 200 кВт для автотранспорта, 

На Западе, где не было пауз в развитии водородных ТЭ, в нулевые года нашего века на улицах появились первые автобусы и автомобили с топливными элементами, а в 2014 году в продажу поступил первый серийный электромобиль Toyota Mirai. На сегодня мировые автопроизводители расширили их ассортимент примерно до полдюжины. Но расширение их производства пока сдерживает все то же отсутствие «водородной» инфраструктуры. 

Читайте в нашем журнале:

История Sharp: как механический карандаш повлиял на становление гиганта электроники

Какую роль сыграли патенты в японском экономическом чуде

Генеалогия принтера

Заглавное фото

Энергия завтрашнего дня: создание и будущее водородного двигателя

После нескольких лет обещаний, что водород — это чистое топливо будущего, только потому, что ничего не произойдет, теперь кажется, что будущее, наконец, почти наступило.

Производители автомобильной техники, включая Mazda и Toyota, в настоящее время разрабатывают водородные двигатели. для питания своих транспортных средств, и эти двигатели однажды смогут заменить не только технологию водородных топливных элементов и традиционные двигатели внутреннего сгорания, но, возможно, даже электромобили (ED).

Однако, хотя рынок электромобилей стремительно идет вперед, использование технологии водородных двигателей в коммерческих транспортных средствах все еще находится на начальной стадии, и возможность использования газообразного водорода в качестве полезной и практической альтернативы еще предстоит доказать.

Что такое водородный двигатель?

Водородный двигатель — это усовершенствованная версия традиционных двигателей внутреннего сгорания, в которых в качестве топлива используется жидкий водород вместо бензина. Автомобиль, работающий на водородных двигателях, называется автомобилем с водородным двигателем внутреннего сгорания (HICEV). Они отличаются от электрифицированных транспортных средств на водородных топливных элементах (FCEV), таких как Toyota Mirai или Hyundai Tucson, в которых используется топливный элемент, в котором водород химически реагирует с кислородом в воздухе для производства электричества, которое приводит в действие электродвигатель.

Водородные двигатели вырабатывают энергию за счет сгорания водорода и используют системы подачи и впрыска топлива, которые являются модифицированными версиями систем, используемых с бензиновыми двигателями. За исключением сгорания небольшого количества моторного масла, что также имеет место в бензиновых двигателях, водородные двигатели не выделяют CO2 при использовании.

Водородные двигатели в качестве побочного продукта выделяют в основном воду или водяной пар, но процесс производства водородного топлива может вызвать выбросы парниковых газов. Однако исследование показало, что даже если водород извлекается наиболее неэффективным способом, это, вероятно, сократит выбросы CO 2 более чем на 30% по сравнению с бензином.

Разница между HICEV и FCEV

Ключевое различие между HICEV и FCEV заключается в способе использования водорода в этих транспортных средствах. Первый включает в себя сгорание водорода, в то время как последний выполняет электрохимическую реакцию и использует жидкий водород для выработки энергии для своего электродвигателя.

Источник: Global Market Insights.

Технология водородных двигателей внутреннего сгорания (HICE) все еще находится на ранней стадии разработки. Между тем, мировой рынок электромобилей на топливных элементах уже преодолел отметку в 1 миллиард долларов США , и в ближайшие годы ожидается, что он будет демонстрировать ежегодный рост примерно на 38%.

Происхождение и эволюция водородного двигателя

В 1806 году Франсуа Исаак де Риваз создал экспериментальный двигатель внутреннего сгорания, в котором в качестве топлива использовалась смесь водорода и кислорода. Двигатель De Rivaz считается самым первым в мире двигателем, работающим на водороде .

Вскоре после этого, в 1820 году,  преподобный У. Сесил написал  для Кембриджского философского общества  доклад под названием  «О применении водородного газа для производства движущейся энергии в машинах».  В этой статье описан двигатель, работающий по принципу вакуума, где вакуум создается за счет сжигания газообразного водорода.

Примерно 150 лет спустя Пол Диджес запатентовал модификацию двигателя внутреннего сгорания, которая могла работать как на бензине, так и на водороде. Конечно, к тому времени автомобили с бензиновым двигателем были нормой, и лишь немногие производители видели необходимость в разработке автомобилей с водородным топливом.

В последующие годы пагубные последствия использования ископаемого топлива для увеличения загрязнения воздуха, здоровья, глобального потепления, кислотных дождей и в других областях в транспортных средствах и промышленности стали широко признаваться вместе с их воздействием. Ученые, активисты, лидеры и исследователи начали выражать озабоченность по поводу увеличения выбросов CO 2 и экологических рисков, связанных с добычей и использованием ископаемого топлива.

Растущие экологические проблемы и спрос на экологически чистые альтернативы энергии заставили многие автомобильные компании сосредоточиться на разработке топлива с низким содержанием свинца, а затем на водороде и электромобилях.

В начале 2000-х годов японский автопроизводитель Mazda начал устанавливать двигатели Ванкеля на свою модель RX-8. Двигатель Ванкеля — это тип двигателя внутреннего сгорания, в котором используется эксцентриковая поворотная конструкция для преобразования давления во вращательное движение. При заданной мощности они компактнее и весят меньше двигателя внутреннего сгорания. Их также можно легко преобразовать для работы на водороде.

Совсем недавно они обновили конструкцию, разработав  водородный роторный двигатель RENESIS, в котором используется инжектор газообразного водорода с электронным управлением и который может быть адаптирован для работы в качестве гибридного бензин-водородного двигателя.

BMW Hydrogen 7 Источник: More Cars / Wikimedia Commons

На этом работа по созданию эффективного водородного двигателя не закончилась. Примерно в 2006 году BMW разработала двухтопливный водородно-бензиновый двигатель внутреннего сгорания для своего ограниченного выпуска Hydrogen 7, который был разработан, чтобы продемонстрировать, что водород может работать в качестве топлива.  Во время испытаний автомобилю удалось разогнаться со скоростью 187 миль в час (301 км / ч), и компания также заявила, что их водородный автомобиль достиг нулевого уровня выбросов CO 2 .

Однако позже заявления BMW были отклонены Агентством по охране окружающей среды США (EPA), которое указало, что автомобиль по-прежнему выделяет углерод в результате испарения моторного масла. Кроме того, эффективность автомобиля при работе на водороде была чрезвычайно низкой, в среднем около 5,6 миль на галлон (50 л / 100 км). В основном это было связано с разницей в плотности энергии бензина и водорода.

Преимущества водородного двигателя

Существуют различные важные причины, по которым водородные двигатели рассматриваются некоторыми как будущее автомобильной промышленности, и почему производители автомобилей тратят миллионы долларов на создание эффективных гидродвигателей.

Эксперты и компании в области энергетики считают, что водород может служить бесконечным и относительно низкоуглеродным источником энергии .  Это также может стать жизнеспособной альтернативой использованию тяжелых металлов в батареях, которые наносят ущерб окружающей среде и могут стать очень дорогими в ближайшие годы с ростом электромобилей.

Источник: Global Market Insights.

 

Низкая энергия зажигания и высокая эффективность

Водородный ДВС имеет низкую энергию воспламенения по сравнению с обычными бензиновыми двигателями, поскольку для сжигания водорода в этих двигателях используются более низкие температуры пламени и меньшая теплопередача. Это позволяет двигателю работать на очень бедных смесях и при этом быстро сгорать. Кроме того, из-за высокого коэффициента диффузии (водород смешивается с воздухом быстрее, чем бензин), использование водорода снижает опасность, связанную с возможными утечками.

Безуглеродные выбросы

Говорят, что водородные двигатели обеспечивают больший объем повышения энергетической безопасности и сокращения углеродного следа. Это связано с тем, что при работе этих транспортных средств на водороде в качестве побочных продуктов не выделяются углеродные соединения.

Быстрая заправка

Поскольку водород имеет низкую объемную плотность энергии, его необходимо хранить в виде сжатого газа, чтобы обеспечить запас хода обычных транспортных средств. Это требует использования резервуаров высокого давления, способных хранить водород с плотностью 5 000 или 10 000 фунтов на квадратный дюйм (psi). Розничные диспенсеры, которые устанавливаются на автозаправочных станциях, могут заполнить эти баки примерно за 5 минут. Это намного быстрее, чем время, необходимое для подзарядки электромобилей, даже при быстрой зарядке. Хотя, конечно, электромобили можно заряжать дома, а водородные автомобили — нет. Другие технологии хранения находятся в стадии разработки, включая химическое связывание водорода с таким материалом, как гидрид металла или низкотемпературные сорбирующие материалы.

Альтернативный источник энергии

Поскольку двигатели внутреннего сгорания могут быть адаптированы для сжигания водорода вместо бензина или в дополнение к нему, ряд стран работают над инициативой по увеличению производства водорода для использования в качестве топлива в самолетах, кораблях и даже для выработки электроэнергии.  Если водород производится с использованием альтернативной энергии, это может быть рентабельным способом быстрого сокращения использования ископаемого топлива в ряде областей.

Недостатки водородного двигателя

Несмотря на многочисленные достоинства их использования, водородные двигатели до сих пор не используются в больших масштабах, и существуют многочисленные сложности, связанные с водородным топливом. Рост эффективных транспортных средств с батарейным питанием и FCEV также привел к потере интереса производителей автомобилей и новаторов к разработке HICE. Помимо этого, существует также ряд серьезных проблем, которые необходимо решить, прежде чем это станет практической альтернативой электромобилям.

Дорогая технология

Процесс извлечения водорода является дорогостоящим и энергоемким. Хотя FCEV, работающий на водороде, считается транспортным средством с нулевым уровнем выбросов, извлечение самого водорода не является нулевым выбросом. В настоящее время большая часть водорода извлекается с помощью парового риформинга, при котором высокотемпературный пар сочетается с природным газом для извлечения водорода.

Водород можно также получить из  воды с помощью электролиза. Это более энергоемко, но может быть выполнено с использованием возобновляемых источников энергии, что позволит устранить значительную часть выбросов. Однако стоимость производства водорода по-прежнему выше, чем у бензина (или электричества), поэтому необходимо будет немного их снизить, прежде чем водородные двигатели станут рентабельными в больших масштабах.

Более низкая плотность энергии

Водород не так энергоемок, как другие виды топлива, а это означает, что вам нужно больше его для выполнения определенного объема работы. Добавьте к этому присущую поршневому двигателю неэффективность, и водородные двигатели не дают в целом значительного энергетического преимущества.

Загрязнение

Хотя водородные двигатели не выделяют углерод,  из-за тепла, выделяемого в камере сгорания, оксид азота все же может образовываться в качестве побочного продукта. Это соединение вредно для окружающей среды, а это означает, что, хотя водородные двигатели имеют нулевой выброс углерода, они не являются свободными от выбросов.

Соображения безопасности

Транспортные средства, работающие на водородных двигателях внутреннего сгорания, оснащены баками для водородного топлива под давлением. Эти резервуары спроектированы так, чтобы быть очень безопасными, но в случае утечки легковоспламеняющийся водород может вызвать серьезные повреждения. Решением может быть установка в автомобиле специальных датчиков для обнаружения любых таких утечек, за что приходится платить.

Большой размер и пониженная выходная мощность

Для водородных двигателей внутреннего сгорания стехиометрическое соотношение воздух / топливо составляет 34: 1 . Это означает, что водородный двигатель использует вдвое больше воздуха для полного сгорания.

Однако это также приводит к снижению выходной мощности, и, следовательно, водородный двигатель имеет тенденцию выдавать только половину мощности по сравнению с бензиновым двигателем того же размера. Чтобы уравновесить эту потерю мощности, водородные двигатели делают больших размеров и часто оснащены турбонагнетателем.

Будущее, факты и тенденции, связанные с водородной энергетикой

 

Источник чистого водорода : Ballard Power

Автомобильный сектор не единодушен на осуществимости водородной технологии для сегмента пассажирских транспортных средств, и некоторые производители автомобилей, такие как Volkswagon и Audi, больше не работает на развивающихся HICEVs, предпочитая  сосредоточиться на электромобили.  Другие автопроизводители, в том числе Toyota, Renault и Hyundai, более оптимистично настроены в отношении автомобилей, работающих на водороде, и, как ожидается, продолжат разработку водородных двигателей. Toyota Mirai HFCV был представлен в 2014 году и с декабря 2019 года продано 10300 автомобилей по всему миру, в то время как южнокорейская Hyundai производит внедорожник Nexo с водородным двигателем.

Для ускорения производства водорода Европейский Союз поставил цель установить по всему континенту электролизеры мощностью 40 ГВт. Испания уже объявила о плане потратить 10,5 млрд долларов (8,9 млрд евро) на строительство водородных электролизеров мощностью 4 гигаватта (ГВт), работающих на солнечной энергии.  Другие страны, в том числе Дания, создают заводы для увеличения производства водорода путем электролиза на основе электроэнергии. Даже лидер ОПЕК Саудовская Аравия строит завод по производству экологически чистого водорода.

Корпорация Microsoft тестирует использование водородных топливных элементов для замены дизельных генераторов в качестве резервного источника питания. Американский стартап ZeroAvia планирует к 2024 году создать самолет с водородным двигателем .

Израильский производитель двигателей Aquarius Engines разработал новый водородный двигатель весом 22 фунта (10 кг), в котором используется уникальная система внутреннего газообмена, и компания утверждает, что он является легкой, экономичной и экологически чистой альтернативой традиционным двигателям внутреннего сгорания. .

Asian Renewable Energy Hub —  это масштабный проект устойчивой энергетики в Австралии, который в настоящее время находится в стадии реализации. При полной функциональности планируется вырабатывать более 50 ТВт / ч электроэнергии за счет солнечной и ветровой энергии. Основная часть этой электроэнергии будет использоваться для производства аммиака и чистого водорода.

В настоящее время в США и Великобритании доступны только три автомобиля с водородным двигателем, это Honda Clarity, Toyota Mirai и Hyundai Nexo. Однако ожидается, что в ближайшие годы это число будет расти, поскольку  многообещающие разработки в области водородной энергетики и технологии двигателей происходят во всем мире.

Хотя водородные двигатели по-прежнему сталкиваются с рядом проблем, ожидается, что в ближайшие годы рынок водорода как экологически чистого источника энергии будет быстро расти, и , по некоторым оценкам, к 2030 году он достигнет 70 миллиардов долларов. По данным Bloomberg New Energy Finance, на стадии разработки находятся проекты «зеленого» водорода на сумму более 90 миллиардов долларов. Что бы ни случилось с автомобилями HICE, использование возобновляемого водорода в качестве источника энергии будет продолжать расти.

 

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК

 

Source: interesting engineering

Via: Rupendra Brahambhatt

Теги: CO2ВодородТранспортЭкология

Несколько японских автопроизводителей расширяют использование водородных двигателей внутреннего сгорания

Стивен Эдельштейн

Посмотреть галерею

Стивен Эдельштейн

Subaru, Mazda, Toyota, Kawasaki и Yamaha недавно объявили о совместных усилиях по расширению использования альтернативных топливных технологий, включая двигатели внутреннего сгорания на водороде.

Усилия основаны на использовании Toyota водородных двигателей в гонках. Автопроизводитель ранее представил хэтчбек Corolla Sport с водородным двигателем (разработанный с помощью Yamaha) в японской серии Super Taikyu. Согласно пресс-релизу, водород будет поставляться с нового предприятия в городе Фукуока, Япония, которое будет производить водород из биогаза сточных вод.

К водородным гоночным автомобилям вскоре присоединятся другие, работающие на другом топливе. Mazda представит хэтчбек Demio, работающий на биодизельном топливе, а модифицированные версии спортивных автомобилей-близнецов Subaru BRZ и Toyota GR 86 будут использовать синтетическое топливо, полученное из биомассы.

Город Фукуока, Япония, водородный завод

Тем временем Kawasaki и Yamaha изучат совместные исследования двигателей внутреннего сгорания на водороде как для двухколесных, так и для четырехколесных транспортных средств. Две компании, наряду с Honda и Suzuki, уже объединились для замены аккумуляторов электрических мотоциклов.

Honda заметно отсутствует в этом соглашении, хотя она была основным сторонником легковых автомобилей на водородных топливных элементах. Nissan и его союзник Mitsubishi также отсутствуют, хотя ни один из автопроизводителей не проявляет особого интереса к водороду ни для топливных элементов, ни для двигателей внутреннего сгорания.

Сжигание водорода в двигателе внутреннего сгорания вместо бензина или дизельного топлива не является новой идеей. BMW когда-то производила Hydrogen 7, версию своего флагмана 7-й серии с водородным двигателем внутреннего сгорания V-12. Но в последнее время эта идея, кажется, вызывает больший интерес.

Toyota водородный двигатель

Китайский автопроизводитель GAC также недавно объявил, что тестирует двигатель внутреннего сгорания на водороде, хотя неясно, будет ли двигатель запущен в производство. Даже если это произойдет, ранее обсуждавшиеся планы GAC по выходу на рынок США были отложены на неопределенный срок.

Стоит отметить, что внутреннее сгорание водорода связано со многими проблемами, в том числе с хранением достаточного количества водорода на борту автомобиля для достижения достаточного запаса хода. Сжигание водорода по-прежнему приводит к выбросам выхлопных газов, и автопроизводители сталкиваются с теми же проблемами инфраструктуры, что и автомобили на топливных элементах.

Двигатели внутреннего сгорания на водороде также могут оказаться менее эффективными, чем силовые агрегаты на топливных элементах. Согласно отчету Калифорнийской энергетической комиссии за 2020 год, эффективность топливных элементов является таким преимуществом, что к 2025 году они могут сравняться по цене с бензином.

Теги:

Альтернативное топливо

Пожертвовать:

  • Отправьте нам чаевые
  • Связаться с редактором
  • Ford прекращает надбавки к электромобилям, Lucid подробно описывает моторные технологии, цены на CR-V Hybrid, Jeep PHEV: неделя в обратном направлении

    Бенгт Халворсон

    Какой электромобиль оказался самым аэродинамичным серийным автомобилем в мире? Какое двунаправленное зарядное устройство одобрено для Leaf по гарантии? Это наш взгляд на Неделю в обратном направлении — прямо здесь, в Green Car Reports — за неделю, закончившуюся 16 сентября 2022 года. Одна из самых больших историй недели — это кардинальные изменения в том, как один из крупнейших автопроизводителей США продает автомобили. — начиная с электромобилей. С новыми правилами для своих дилеров, объявленными на этой неделе, которые будут введены в действие в январе 2024 года, Ford прекращает торговаться и наценки на электромобили. Дилеры, которые хотят продавать электромобили, могут выбирать из двух…

  • CR-V Hybrid, 40 миль на галлон, самый аэродинамический серийный автомобиль, шины из натурального каучука: Today’s Car News Шины из натурального каучука могут быть изготовлены из устойчивого урожая в США. А какой самый аэродинамический серийный автомобиль в мире? Это и многое другое здесь, в Green Car Reports. Honda CR-V Hybrid 2023 года зарабатывает 40…

    Бенгт Халворсон

  • 2023 Honda CR-V Hybrid: кроссовер с расходом топлива 40 миль на галлон по цене, позволяющей сделать гибриды массовым явлением

    Гибридный CR-V позиционируется как премиальный силовой агрегат в линейке CR-V; теперь он зарабатывает 40 миль на галлон, но это с передним приводом.

    Бенгт Халворсон

  • Bridgestone стремится производить шины из натурального каучука из экологически чистого урожая юго-запада Америки.

    Натуральный каучук из гваюлы может заменить масло, диоксид кремния и первичный технический углерод, используемые в настоящее время в шинах.

    Стивен Эдельштейн

  • Lightyear 0 — самый аэродинамический серийный автомобиль в мире, испытания в аэродинамической трубе подтвердили

    .

    Заявленное компанией Lightyear значение 0,175 — впечатляющее достижение даже для малосерийного серийного автомобиля.

    Стивен Эдельштейн

  • Ford прекращает торговаться электромобилями, батареи для электромобилей на 600 миль, утверждены государственные планы зарядки: Today’s Car News

    Федеральная сеть зарядки электромобилей начинает формироваться с утвержденными и профинансированными планами 35 штатов. Ford дает своим дилерам выбор при продаже электромобилей, но это означает, что цены не подлежат обсуждению. И может ли двойной химический подход к батареям электромобилей сделать более доступным запас хода на 600 миль? Это и многое другое здесь, на…

    Бенгт Халворсон

  • Аккумуляторная компания ONE представляет технологию ячеек для электромобилей с пробегом 600 миль, включая грузовики и внедорожники фосфатные (LFP) элементы, все в одной упаковке.

  • 35 штатов получили зеленый свет на строительство национальной сети зарядки электромобилей стоимостью 7,5 млрд долларов

    Администрация Байдена подтвердила, что 35 штатов получили разрешение на установку зарядных устройств, которые считаются частью национальной сети. Дополнительные штаты будут утверждаться «по мере поступления».

    Бенгт Халворсон

  • Ford стремится делать наценки на электромобили и торговаться с правилами дилерства, начиная с 2024 года.

    Стивен Эдельштейн

  • Другие варианты подключаемых гибридов Jeep, Tesla за 25 000 долларов, электрические мотоциклы Honda: сегодняшние автомобильные новости

    Tesla за 25 000 долларов может остаться законсервированной, но компания видит потребность в доступных моделях. Наконец-то появятся электрические мотоциклы Honda. И Jeep добавляет в свою линейку подключаемых гибридных версий Wrangler 4xe и Grand Cherokee 4xe. Это и многое другое здесь, в Green Car Reports. Джип сегодня…

    Бенгт Халворсон

  • Тесла за 25 000 долларов или нет, исполнительный директор говорит, что производителю электромобилей понадобится более доступная модель

    Глава отдела по связям с инвесторами Tesla, как сообщается, сказал, что выпуск более доступной модели на дороги необходим для того, чтобы Tesla стала крупным автопроизводителем.

    Стивен Эдельштейн

  • Honda планирует к 2025 году выпустить 10 новых моделей электрических мотоциклов, в том числе одну для детей

    Honda также заявила, что будет оснащать будущие электрические мотоциклы твердотельными батареями, используя технологию, которую компания также присматривает для автомобилей.

    Стивен Эдельштейн

Как двигатели внутреннего сгорания могут способствовать нулевым выбросам

Статья (7 страниц)

Регуляторы ужесточают правила выбросов для дорожных грузовиков на многих крупнейших рынках мира (Иллюстрация 1). Начиная с 2030 года регулирующие органы в Европе потребуют от производителей сократить выбросы CO 2 для новых дорожных грузовиков на 30 процентов по сравнению с уровнями 2019 года. 1 1. «Сокращение выбросов: Совет принимает стандарты CO 2 для грузовых автомобилей», пресс-релиз Совета ЕС, 13 июня 2019 г., www.consilium.europa.eu.

Аудио

Прослушать эту статью

В Соединенных Штатах цель по сокращению выбросов к 2027 году на 46 процентов ниже уровня 2010 года. Пятнадцать штатов США, во главе с Калифорнией, имеют дополнительные требования, которые к 2030 году потребуют, чтобы 30 процентов продаваемых грузовиков были с нулевым уровнем выбросов. 2 2. «Стандарты выбросов парниковых газов и стандарты эффективности использования топлива для двигателей и транспортных средств средней и большой мощности», Федеральный реестр , 15 сентября 2011 г., govinfo.gov; «Стандарты выбросов парниковых газов и стандарты эффективности использования топлива для двигателей и транспортных средств средней и большой мощности, этап 2», Федеральный регистр , 25 октября 2016 г. , govinfo.gov. Точно так же китайские регулирующие органы требуют от OEM-производителей сократить выбросы большегрузных автомобилей на 24 процента с 2021 года по сравнению с 2012 годом. Вероятны дополнительные долгосрочные цели, учитывая, что Китай недавно присоединился к растущей группе стран с целями нулевых выбросов на или до 2060 года.

Экспонат 1

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту. Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]

  1. Четыре передовые стратегии, помогающие создать ценность при переходе к нулевому балансу
  2. Есть ли у вашей идеи «напряжение» для масштабирования?
  3. Космос: создание цифровой инфраструктуры над уровнем неба
  4. Будущее (гибридной) работы
  5. Фриланс, подработки и концерты: гораздо больше американцев стали независимыми работниками
Грузовики повышенной проходимости

традиционно подвергались меньшему контролю со стороны регулирующих органов; однако OEM-производители в внедорожные пространства ожидают растущего давления со стороны клиентов на декарбонизацию. За последние два года крупные горнодобывающие компании поставили перед собой амбициозные цели по обезуглероживанию, стремясь к охвату 1 и 2. 3 3. Область 1 включает все прямые выбросы от деятельности организации, а область 2 включает косвенные выбросы. CO 2 нейтральность. Например, Anglo American и Fortescue объявили о своих целях по достижению углеродной нейтральности уровня 1 и 2 к 2040 году в 2019 и 2020 годах соответственно. Компании BHP, Rio Tinto, Teck и Vale планируют достичь этого рубежа к 2050 году. Приблизительно 30 процентов выбросов парниковых газов (ПГ) категории 1 и 2 на шахтах вызваны дизельными двигателями, в основном от горнодобывающей техники, такой как самосвалы, грузовики, погрузчики, бульдозеры и экскаваторы. Сокращение этих выбросов до нуля потребует массового перехода на автомобили с нулевым уровнем выбросов в горнодобывающем секторе.

В то время как игроки в сфере строительства и сельского хозяйства отстают от горнодобывающих компаний, решений с нулевым уровнем выбросов в этих секторах также растет. Для строительных транспортных средств нормативы качества воздуха на уровне города усиливают правила обезуглероживания и направляют клиентов. до экскаваторов, погрузчиков, грейдеров и автопогрузчиков с нулевым уровнем выбросов. В условиях растущей обеспокоенности общества устойчивостью сельскохозяйственного сектора давление со стороны потребителей вполне может привести к быстрому переходу на сельскохозяйственные тракторы и опрыскиватели с нулевым уровнем выбросов.

Четыре технологии трансмиссии с нулевым уровнем выбросов используются для большегрузных дорожных и внедорожных транспортных средств

Существует четыре технологии с нулевым уровнем выбросов для приведения транспортных средств в действие: аккумуляторные электромобили (BEV), электромобили на водородных топливных элементах (FCEV), водородные двигатели внутреннего сгорания (h3-ICE) и двигатели внутреннего сгорания, работающие на биотопливе или синтетическом топливе (если используется устойчивый источник углерода). Гибридные и газовые двигатели представляют собой промежуточные технологии для сокращения выбросов в среднесрочной перспективе, но сами по себе они не могут обеспечить нулевой уровень выбросов.

Четыре технологии с нулевым уровнем выбросов имеют разные преимущества и недостатки, что приводит к разным уровням пригодности для разных типов транспортных средств (Иллюстрация 2).

Экспонат 2

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту. Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]

CO 2 выбросы. Хотя мы называем все четыре технологии нулевыми выбросами, выбросы CO 2 , образующиеся в процессе производства электроэнергии, водорода или синтетического топлива, могут значительно различаться. Хотя BEV являются углеродно-нейтральными, если заряжаются исключительно от возобновляемых источников энергии, их использование в настоящее время приводит к высоким выбросам углерода при зарядке от сети в большинстве регионов (учитывая высокую углеродоемкость глобальной сети). Выбросы углерода при производстве водорода также сильно различаются, но их легче контролировать. Например, «зеленый» водород можно производить из 100% солнечной и ветровой энергии в регионах, богатых возобновляемыми источниками энергии, и доставлять его на любую заправочную станцию. Углеродоемкость для биотоплива и синтетического топлива зависит от источников биомассы и углерода соответственно.

Качество воздуха. В то время как BEV и FCEV не производят никаких выбросов в выхлопной трубе, двигатели h3-ICE по-прежнему выделяют оксиды азота (NOx), которые требуют последующей обработки, аналогичной той, что применяется для дизельных двигателей (биотопливо и синтетическое топливо выделяют NOx и твердые частицы). Некоторые производители двигателей h3-ICE утверждают, что условия эксплуатации двигателя обеспечивают гораздо более низкое образование NOx, чем для дизельных двигателей, и, таким образом, их влияние можно считать нулевым. Будут ли эти двигатели пригодны для городских условий или для подземных горных работ, будет зависеть от конкретных уровней выбросов и пороговых значений, разрешенных местными правилами загрязнения воздуха.

Эффективность. КПД «бак-колесо» варьируется от 75–85 % для BEV до примерно 50 % для FCEV и примерно от 40 до 45 % для двигателей внутреннего сгорания. 4 4. Сегодняшние двигатели внутреннего сгорания на водороде по-прежнему имеют более низкий КПД, чем ведущие дизельные двигатели (которые могут достигать до 45% КПД между баком и колесом), но после оптимизации они способны достигать более высокого КПД. Метрика «бак-колесо» отражает эффективность (использование топлива и образующиеся выбросы) от точки зарядки или заправки до слива во время движения; метрика «от скважины до колеса» также включает относительную эффективность производства и поставки различных источников энергии (бензин, дизельное топливо, электричество, водород, природный газ), включая транспортировку до точки зарядки или топливного насоса. На уровне «от скважины к колесу» различия еще более выражены: учитывая потери при преобразовании при производстве водорода из электричества и синтетического топлива из водорода, эффективность падает примерно до 35 процентов для FCEV, около 30 процентов для h3-ICE и около 20 процентов. процентов на синтетическое топливо. Полная эффективность для BEV зависит от того, где производится возобновляемая энергия (поскольку более длинные линии электропередачи означают более высокие потери) и используется ли быстрая зарядка.

В целом показатели эффективности являются приблизительными и различаются в зависимости от стиля вождения: двигатели внутреннего сгорания становятся более эффективными при более высоких нагрузках (стимул к уменьшению размера двигателя в дизельных автомобилях), тогда как двигатели FCEV наиболее эффективны при низких нагрузках (мотив для экономии топлива). -увеличение размеров клеток и гибридизация).

Хотите узнать больше о нашей автомобильной и сборочной практике?

Капитальные затраты на трансмиссию. Капитальные затраты следуют обратному порядку эффективности: высокая эффективность электромобилей предполагает использование дорогих аккумуляторов, в то время как менее эффективные водород и биотопливо/синтетическое топливо могут сжигаться в простых двигателях внутреннего сгорания, которые в значительной степени идентичны современным дизельным двигателям — на самом деле, они могут быть даже менее дорогой, чем дизельные двигатели, из-за более низких требований к очистке выхлопных газов (хотя для разработки технологии необходимы дальнейшие исследования и разработки). Тем временем топливные элементы снова приземляются между ними. Таким образом, оптимальный компромисс между первоначальными капитальными затратами и текущим расходом топлива, который минимизирует совокупную стоимость владения (TCO), существенно различается в зависимости от типа транспортного средства и варианта использования. Например, размер и вес автомобиля определяют требуемую трансмиссию и количество потребляемого топлива. Схема вождения и маршрут, например время, затрачиваемое на ускорение, определяют эффективность трансмиссии и требуемый запас хода. Не менее важно, как региональные и местные рыночные условия формируют картину оптимизации совокупной стоимости владения, включая доступность и стоимость электроэнергии, водорода и биотоплива, а также необходимую инфраструктуру для подзарядки или дозаправки.

Другие ограничения. Наряду с эффективностью и капитальными затратами на совокупную стоимость владения различными силовыми агрегатами влияют дополнительные факторы: батареям требуется больше времени для перезарядки, чем любому другому топливу, будь то водород (для топливных элементов или сжигание) или биотопливо и синтетическое топливо. Это может привести к сокращению времени безотказной работы, что может повлиять на совокупную стоимость владения в случаях использования, требующих круглосуточной работы. И батареи, и водород требуют жертв в плане полезной нагрузки и/или места: батареи тяжелые, а топливные элементы и h3-ICE требуют больших баков. Таким образом, транспортные средства, которые особенно ограничены по полезной нагрузке или пространству, могут быть ограничены более энергоемким биотопливом или синтетическим топливом.

Следовательно, h3-ICE может быть жизнеспособным вариантом трансмиссии в различных условиях, включая карьерные самосвалы (Иллюстрация 3).

Экспонат 3

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту. Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]

Сжигание водорода — это зарождающееся решение, но оно может заполнить важную нишу за счет использования устоявшихся технологий и цепочек поставок

Среди четырех технологий с нулевым уровнем выбросов сжигание водорода все еще находится в зачаточном состоянии, несмотря на (неоднородную) историю, восходящую к двигателю де Риваза 1806 года, который работал на водородно-кислородной смеси. Долгое время двигатели внутреннего сгорания на водороде игнорировались, так как очень высокая стоимость водорода делала трансмиссию неэкономичной. Однако сегодня некоторые автопроизводители, поставщики комплектующих и стартапы пересматривают возможность сжигания водорода в качестве дополнительного компонента своих будущих портфелей силовых агрегатов, наряду с батареями и топливными элементами.

Несмотря на впечатляющие разработки, технологии аккумуляторов и топливных элементов еще не готовы удовлетворить требования очень высокой мощности, необходимые для суровых условий, которым подвергаются многие большегрузные автомобили (особенно в сегменте внедорожников). Например, карьерным самосвалам требуется мощность в несколько мегаватт, они работают круглосуточно и подвергаются сильным вибрациям и нагреву, а также воздействию грязи в воздухе. Двигатели внутреннего сгорания удовлетворяли этим требованиям на протяжении десятилетий, и переход с дизельного топлива на водород мог бы стать простым способом обезуглероживания этих двигателей с относительно небольшими требованиями к дальнейшим техническим инновациям.

Повышение рентабельности аккумуляторных электромобилей за счет снижения структурных затрат

Даже там, где аккумуляторы и топливные элементы технически осуществимы, сжигание водорода может занять нишу. Низкие капитальные затраты на двигатели внутреннего сгорания, снижение цен на водород и относительно высокий КПД, достигаемый двигателями h3-ICE при высоких нагрузках, создают условия, при которых сжигание водорода может быть конкурентоспособным решением по совокупной стоимости владения (Иллюстрация 4). Более того, поскольку двухтопливные двигатели внутреннего сгорания могут работать на водороде, сжиженном природном газе (СПГ) или дизельном топливе (или на смеси водорода и газа), в зависимости от их наличия, они могут способствовать обезуглероживанию тех сегментов транспортных средств, в которых снабжение водородом и инфраструктура еще не достигли полной покрытие.

Экспонат 4

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту. Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]

Помимо этих соображений, h3-ICE предлагают другие преимущества для OEM-производителей автомобилей и поставщиков компонентов: они используют современные инженерные ноу-хау и рабочие места, опираются на существующие цепочки поставок и производственные мощности в автомобильной промышленности и не создают устойчивости и целостности. проблемы, связанные с поставкой и переработкой драгоценных металлов или редкоземельных элементов.

Сжигание водорода и водородные топливные элементы дополняют друг друга, поскольку они процветают в одной и той же экосистеме

Одной из проблем, связанных с h3-ICE, является их предполагаемая конкуренция с водородными топливными элементами. Однако, несмотря на то, что есть некоторые приложения, в которых эти две технологии могут конкурировать, более вероятно, что обе они могут помочь увеличить долю водорода в будущем составе силовых агрегатов и способствовать успеху друг друга.

Для обоих силовых агрегатов наличие станций заправки водородом и стоимость водорода на насос являются ключевыми факторами, которые определят успех и вызывают наибольшую озабоченность сегодня. Однако для обоих силовых агрегатов требуется (в основном) одинаковая инфраструктура. 5 5. Двигатели внутреннего сгорания на водороде требуют более низкого уровня чистоты водорода, чем топливные элементы. Соответственно, они могут использовать водород, предусмотренный для FCEV, но дополнительно использовать менее дорогой водород в системе заправки двойного класса, где это возможно. ; таким образом, каждый автомобиль h3-ICE поможет снизить затраты на водородные топливные элементы и наоборот. Точно так же обе силовые установки используют одну и ту же технологию водородного бака, что составляет значительную долю общих затрат на силовую установку. Предоставление OEM-производителям и поставщикам резервуаров возможности амортизировать НИОКР и капиталовложения в отношении большего количества транспортных средств поможет снизить кривую затрат для всех транспортных средств, работающих на водороде, и поддержит конкурентоспособность обоих решений. Наконец, некоторые игроки активно разрабатывают гибридные решения с водородными двигателями внутреннего сгорания, топливными элементами и батареями, чтобы максимизировать эффективность при переменных профилях нагрузки.

Достижение нулевого уровня выбросов в транспортных сегментах во всем мире является огромной проблемой; тем не менее, h3-ICE могут играть свою роль в нескольких приложениях, предоставляя дополнительные решения для FCEV и BEV.

Преимущества

h3-ICE включают меньшие потери полезной нагрузки и требования к пространству, более быстрое время дозаправки по сравнению с грузовиками BEV, более низкие затраты и более высокие допуски на тепло и вибрацию. Этими преимуществами могли бы воспользоваться различные сегменты транспортных средств, в том числе следующие:

  • легковые автомобили, такие как эвакуаторы
  • транспортных средств средней грузоподъемности, таких как среднемагистральные и пожарные машины
  • большегрузные автомобили, такие как бетоновозы
  • Горнодобывающая и строительная техника, такая как гусеничные бульдозеры, экскаваторы и самосвалы
  • сельскохозяйственные транспортные средства, такие как уборочная техника и тракторы

Несколько игроков, в том числе OEM-производители автомобилей, поставщики двигателей, инженерно-сервисные компании и стартапы h3-ICE, уже изучают возможности сжигания водорода в рамках своих предложений по снижению выбросов на дорогах и внедорожных транспортных средствах. Важно отметить, что они сопоставляют этот потенциал с дополнительными ресурсами НИОКР, необходимыми для разработки технологии аккумуляторов и топливных элементов. В частности, Китай набирает обороты в отношении h3-ICE. Будущий портфель силовых агрегатов будет сложным, но добавление к нему автомобилей с водородным двигателем может стоить затраченных усилий.

Смогут ли водородные двигатели поддерживать горение для двигателей?

Двигатели внутреннего сгорания на водороде неэффективны, дороги в обслуживании и хуже для окружающей среды, чем силовые агрегаты на топливных элементах или батареях. Но они также шумные и веселые, поэтому автопроизводители начинают предлагать их как более экологичный вариант для несгибаемых мотористов.

Водород займет свое место в новой зеленой экономике. Он несет больше энергии на вес и объем, чем литиевые батареи, поэтому похоже, что зеленый водород имеет смысл найти широкое применение в приложениях, которые не могут обслуживать батареи: авиация, морское дело, дальнемагистральные перевозки, поезда и тяжелые транспортные средства. являются потенциальными кандидатами.

Для автомобилей это менее важно; батареи прекрасно справятся с этой задачей для большинства водителей, и они предлагают свои преимущества. Вы можете заряжать их дома или в офисе вместо того, чтобы искать водородную станцию, для начала, и они гораздо более эффективно используют электричество, возвращая почти всю вложенную в них энергию в виде крутящего момента на колесах. В самом деле, единственные существенные потери энергии на колесах, с которыми вы сталкиваетесь при работе электромобиля от аккумуляторной батареи, связаны с линиями электропередачи.

Тем не менее, потребительские автомобили на водородных топливных элементах, такие как Toyota Mirai и Hyundai Nexo, останутся актуальными для водителей, которые предпочитают возможность быстрой заправки, а не ожидание подзарядки в длительной поездке. Япония и Корея усердно работают над тем, чтобы сделать водород широко доступным, поэтому они должны быть такими же удобными, как современные газовые горелки.

С точки зрения эффективности автомобили на топливных элементах ужасны по сравнению с батареями. Энергия растрачивается на стадиях электролиза, сжатия и транспортировки, она медленно вытекает из резервуара, если ее оставить в покое, и есть еще одна неэффективность, связанная с прохождением ее обратно через топливный элемент для преобразования обратно в электричество. Хорошо на колесах, если электрическая батарея имеет КПД около 75-85 процентов, электрическая батарея на топливных элементах обеспечивает около 30-35 процентов. Но, по крайней мере, это нулевой уровень выбросов и низкие эксплуатационные расходы.

Yamaha разрабатывает 5,0-литровый двигатель V8, работающий на водороде, для Toyota

Yamaha

Вот почему странно, что появляется еще один вариант в виде специально разработанных двигателей внутреннего сгорания на водороде, таких как 5-литровый 450-сильный V8, который Yamaha разрабатывает для Toyota, и концепт-кар с водородным двигателем, над которым сейчас тизерит Renault.

Водород можно сжигать в двигателях внутреннего сгорания, но это имеет свои недостатки. Во-первых, он страдает от всех потерь эффективности цепочки поставок электромобиля на топливных элементах, с дополнительным недостатком, заключающимся в том, что стадия сгорания еще менее эффективна, чем топливный элемент, что снижает конечную эффективность полного цикла еще примерно на 5 процентов.

Во-вторых, хотя продуктом сгорания водорода является безопасная чистая вода, процесс его сжигания в воздухе также приводит к выбросу вредных закисей азота, а поскольку его необходимо смазывать маслом, это масло будет производить выбросы твердых частиц. Каталитические фильтры будут установлены для удаления многих из этих веществ, но не всех. Таким образом, сжигание водорода менее эффективно и менее чисто, чем электромобили на топливных элементах.

Третий минус для заказчика — обслуживание. Электрические силовые агрегаты требуют очень мало, но силовые агрегаты внутреннего сгорания требуют регулярного обслуживания. Циничный наблюдатель заметил бы, что производители хорошо зарабатывают на запчастях и сервисном обслуживании, и это может в некоторой степени объяснить, почему автомобильные компании вообще рассматривают эту технологию.

Послепродажный доход, такой как техническое обслуживание и запасные части, может стать экономическим стимулом для автомобильных компаний продвигаться вперед с водородными двигателями, но история, которую они рассказывают, отличается. Во-первых, двигатель внутреннего сгорания находится в центре программ большинства автопроизводителей на протяжении многих десятилетий и занимает определенное место в их холодных корпоративных сердцах.

«Мы работаем над достижением углеродной нейтральности к 2050 году», — пояснил президент Yamaha Motor Ёсихиро Хидака в пресс-релизе о сделке компании по разработке водородного двигателя для Toyota. «В то же время «Мотор» находится в названии нашей компании, и, соответственно, у нас есть сильная страсть и уровень приверженности двигателю внутреннего сгорания».

Toyota уже участвовала в гонках Fuji Super TEC 24 Hours Race, Super Taikyu Race в Autopolis и SUZUKA S-TAI на автомобилях, работающих на водороде, и работает над расширением этих усилий

Yamaha

Но, во-вторых, и что более интересно, кажется, что они работают над тем, чтобы позиционировать водородное сжигание как выбор автолюбителей в углеродно-нейтральном вождении. Электрика аккумуляторов и топливных элементов бесшумна, что делает их скучными для некоторых людей, которые выросли в восторге от оркестров сгорания, которые они могут дирижировать правой ногой. Водородные двигатели могут вернуть звуки выхлопа и впуска в салоны автомобилей с низким уровнем выбросов, если не с нулевым уровнем выбросов.

И хотя электрика беспощадно эффективна и, как правило, намного быстрее, чем газовые горелки на светофоре, они ничего не дают страстным водителям в обмен на потерю кинетической связи с дорогой через сцепление, тахометр, рычащий двигатель с интересной кривая крутящего момента и коробка передач.

Двигатели внутреннего сгорания на водороде могут заставить все эти вещи двигаться вперед в новый зеленый мир. Страстные энтузиасты снова и снова демонстрируют, что они готовы тратить больше на топливо, если взамен получают больше удовольствия. Многие уже вырывают из совершенно новых автомобилей средства контроля выбросов только для того, чтобы выжать из них несколько дополнительных лошадиных сил или улучшить их звук, так что они вряд ли откажутся от нескольких закисей азота или твердых частиц.

Renault тизерит новую концепцию, работающую на водородном двигателе внутреннего сгорания

Renault

Похоже, некоторые компании начинают позиционировать двигатели внутреннего сгорания как своего рода выбор энтузиастов, более экологичный вариант, к которому люди могут перейти, либо потому, что они хотят сделать лучше для окружающей среды, либо потому, что они в конечном итоге вынуждены к.

«Лично я хочу добиться не только производительности, но и нового очарования двигателя внутреннего сгорания, которого мир еще не видел», — сказал Ямада. 0005

Действительно, кажется, Toyota может рассматривать сжигание водорода как будущее гонок. Он уже представил прототипы с водородными двигателями в трех внутренних гонках и планирует расширить эту программу на другие соревнования. Там, где гонки на электромобилях обвиняют в том, что они немного бесплодны в отсутствие большого шума, возможно, это и есть противоядие.

Это, безусловно, придает интересную окраску. Что скажете, мотористы? Поскольку в течение следующих 30 лет бензин постепенно исчезнет из меню, будете ли вы заинтересованы в водородном автомобиле, который мог бы поддерживать театр вождения двигателя внутреннего сгорания, даже если он стоит дороже, нуждается в обслуживании и хуже для окружающей среды, чем автомобиль. аккумуляторный электромобиль?

Источники: Yamaha, Renault

Водород может стать топливом для двигателей внутреннего сгорания Hot Rods будущего

  • Электричество похоже на будущее, с умными электродвигателями, заменяющими внутреннее сгорание, но один человек возвышается и говорит: «Водород — это путь!»
  • Пророк лошадиных сил Майк Коупленд искренне верит, что внутреннее сгорание водорода может спасти рев гонок и роддинга.
  • Дело в том, что он может быть прав.

    Гуру двигателей Майк Коупленд обеспокоен будущим двигателей внутреннего сгорания.

    «Нашему правительству потребуется совсем немного, чтобы принять закон, запрещающий бензиновые двигатели вообще», — сказал он во время вебинара SEMA 23 февраля.

    «Сейчас зарегистрировано 90 миллионов двигателей внутреннего сгорания. автомобилей в США. Этот закон может устранить все это. Это может устранить все гонки. Не может быть NASCAR, не может быть дрэг-рейсинга, не может быть шоссейных гонок, гонок по бездорожью. Все это может быть упразднено законом».

    Страшная мысль для такого парня, как Коупленд, который любит гонки и двигатель внутреннего сгорания. Он проработал в General Motors 26 лет, производя всевозможные крутые автомобили и чудовищные двигатели. Затем он основал Arrington Performance, чтобы производить двигатели хот-родов для автомобилей клиентов, а затем основал Diversified Creations, чтобы спасти мир поршневой мощности. Как он собирается это сделать? Одно письмо: H.

    «Реальность такова, что нам нужен другой вариант. Водород предоставляет такую ​​возможность. Моя цель, моя личная цель, причина, по которой мы с женой так много вкладываем в это, заключается в том, что мы хотим попытаться спасти эту отрасль, которую мы любим».

    В то время как большинство OEM-производителей смотрят на электричество как на будущее — следующее большое событие после бензина и внутреннего сгорания, — Коупленд не видит, что электромобили могут обеспечить такие же ощущения, как ДВС.

    «Электричество — это вариант, у него есть свои преимущества. И этого уж точно не отнять. Но я не знаю, будут ли люди смотреть гонку NASCAR с целой кучей машин, которые просто издают «Уииииии!», когда проезжают мимо».

    Точно так же NHRA нужно больше, чем киловатты, чтобы заинтересовать людей.

    «Я был на гонках NHRA в Лас-Вегасе, и у Ford был электромобиль Mustang (Cobra Jet 1400). Они построили действительно хорошую машину. Он работает в середине восьмерки, это исключительно быстро. Но когда пришло время бежать, очередь у киоска выросла, потому что там тихо. Все, что вы слышите, это небольшой визг шин и небольшой визг. Это не вызывает эти чувства».

    Его решение состоит в том, чтобы оставить двигатели внутреннего сгорания, но заменить бензин водородом.

    Благодаря многочисленным модификациям, разработке и правильному программному обеспечению водород может использоваться в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания и обеспечивать характеристики, аналогичные тем, что предлагают традиционные двигатели с ДВС, но без загрязнения окружающей среды.

    Да, это уже делалось раньше, но цель Коупленда — создать комплект, который каждый сможет использовать для перехода с бензина на водород. Итак, он начинает с пикапа Chevy 1948 года, который вы видите здесь, грузовика, который теперь работает на h3. Коупленд при стратегической помощи Bosch взял его из 130-летнего бензина внутреннего сгорания и превратил его в пионера производительности на водородном топливе. Это была грандиозная задача.

    «Это не похоже на то, когда все начали переходить с карбюраторов на впрыск топлива в 80-х», — сказал он. Все параметры разные.

    «Все мы знаем, что оптимальное соотношение (воздух-топливо) для безнаддувных двигателей составляет 14,7:1. Мы все знаем, что означают уровни октанового числа, примерно какие наддувы вам сойдут с рук, каковы временные кривые и тому подобное. Это никогда не менялось между карбюраторами, впрыском топлива и всем этим. Но водород — это все новое. Всему, что мы делаем, нам приходится учиться».

    Его партнерство с Bosch в технической части позволило программе добиться успеха, а когда Bosch не было, он делал обоснованные предположения.

    Вот что он сделал: Грузовик установлен на шасси TCI с 6,2-литровым двигателем LS V8, питаемым от нагнетателя Magnuson 2650. Сцепление McLeod находится между ним и пятиступенчатой ​​механической коробкой передач Tremec TKX от American Powertrain. Водород находится в цилиндрическом баке из углеродного волокна длиной 50 дюймов, предназначенном для автобуса, работающего на топливных элементах.

    Этот 6,2-литровый V8 имеет много новых внутренних компонентов: увеличенные по сравнению со стандартными поршни Weiseco для лучшего охлаждения, более короткие шатуны K1 и кривошип; поршни имеют специальные кольца от Total Seal с зазорами примерно такими же, как в форсированном двигателе или двигателе с закисью азота.

    «Они открыты примерно на 3/-5/1000 от того, где мы их традиционно устанавливали».

    Распределительный вал тоже подходит для этой задачи.

    «Водородные двигатели не любят возвращать выхлопные газы во впуск. Так что, если вы проводите большое перекрытие или узкую центральную линию, вы увеличиваете возможность для этого, а мы не хотели этого делать».

    Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

    Сверху находятся серийные головки блока цилиндров LSA с клапанами Dhenkanal и 16 топливными форсунками, управляемыми специальным компьютером Bosch. «Традиционная» катушка типа LS посылает искру на «традиционную» холодную свечу зажигания.

    «Я использую ту же свечу зажигания, что и в дрэг-каре COPO Camaro и дрэг-паке Challenger. Это холодная вилка, потому что у нас нет ни углерода, ни угарного газа, ни углерода нигде. У нас нет проблем с загрязнением вилки, поэтому мы можем запускать ее очень холодно».

    16 форсунок впрыскивают h3 во впускные отверстия с двух позиций.

    «У нас по восемь форсунок с каждой стороны над портом, и они распыляют прямо (в цилиндры). А поскольку водород очень легкий, вакуум втягивает (его) прямо в цилиндры. Кроме того, у нас есть восемь форсунок в традиционном месте, которые нацелены на клапан — так же, как и с любым бензиновым приложением».

    И как все это работает?

    «Мы начали с цели в 500 лошадиных сил, — сказал Коупленд. «Аналитически я определил, что мне нужно около 15 фунтов наддува, чтобы добраться туда. Сейчас у нас 20 фунтов наддува при 6000 об/мин».

    Он не назвал конкретную мощность, так как двигатель все еще находится в стадии разработки, но мы можем предположить, что он развивает мощность где-то севернее 500 л. с.

    Коупленд показал видео грузовика на динамометрическом стенде при 5500 об/мин. Он звучал как двигатель внутреннего сгорания с воем вентилятора, за исключением того, что из выхлопной трубы выходило немного воды.

    «Угарного газа нет, углекислого газа нет. Когда топливные смеси правильные, углеводородов нет».

    Конечная цель — не что иное, как спасение хот-роддинга.

    «Наша программа направлена ​​на создание программы хот-родов и модернизацию этих автомобилей, чтобы мы могли продолжать, наши дети могли продолжать, а наши внуки могли продолжать водить Camaro 69-го года, или Ford 32-го года, или Mustang 65-го года. который стоит в твоем гараже».

    Все может работать. Представители SEMA договорились о том, чтобы представители Калифорнийского совета по воздушным ресурсам посетили стенд Copeland на выставке SEMA в Лас-Вегасе в прошлом году.

    «SEMA принесла мне CARB. Они объяснили CARB, что я делаю, и CARB достаточно позаботился, у нас было много разговоров. Они добавили водород к своим приемлемым альтернативным видам топлива. Они дали мне требования, которые я должен им предоставить, чтобы мы могли пройти сертификацию с нулевым уровнем выбросов для этого пакета».

    Вскоре последует проверка в гараже SEMA, где тюнеры и производители запчастей смогут проверить, соответствуют ли их новые компоненты стандартам CARB.

    Одно из первых применений этой трансмиссии может быть в том, чтобы привести в действие нынешний урожай небольших производителей автомобилей. Этих парней оставили сохнуть, когда CARB настоял, чтобы они все использовали непомерно дорогие современные двигатели с современным контролем загрязнения. Хот-роды с водородным двигателем могли бы удовлетворить как государственных регуляторов, так и энтузиастов.

    Коупленд говорит, что сейчас стоимость запчастей может быть непомерно высокой, но она снизится по мере увеличения объемов. Точно так же доступность водорода, которая в настоящее время ограничена 50 или 60 розничными торговыми точками в Калифорнии, должна расти. Коупленд — оптимист, футурист и, возможно, провидец. Когда-нибудь ваши внуки скажут ему спасибо.

    Вы в восторге от перспектив хот-родов, работающих на водороде? Пожалуйста, прокомментируйте ниже.

    Марк Вон Марк Вон вырос в семье Фордов и провел много часов, неся свет на рядную шестерку, чудесным образом питаемую одноцилиндровым карбюратором, в то время как его отец проклинал Форд, всю его продукцию и всех, кто когда-либо там работал.

    Объяснение технологии сжигания водорода

    3 мая 2022 г.

    Галерея16

    Водород как источник топлива сталкивается с трудной борьбой, когда речь идет о дорожных автомобилях. Несмотря на то, что он имеет явные преимущества в дальнемагистральной логистике и транспортной отрасли, а также в аэрокосмической отрасли, использование водорода для замены неэтилированного топлива для автомобилей, которые мы все любим, трудно продать из-за некоторых очевидных и неизбежных недостатков.

    Однако этот аргумент целиком и полностью основан на представлении о будущем, в котором автомобили ездят только по прозаическим причинам. Он не принимает во внимание тот факт, что некоторые люди, такие как вы, дорогой читатель, покупают и ездят на машинах не только для того, чтобы добраться из пункта А в пункт Б.

    Мы хотим услышать богатые ноты выхлопа, оседлать плавную и растущую волну силы, чтобы наши души зашевелились. Эти элементы эмоций — это то, что электрические автомобили с высокими характеристиками, по крайней мере, до сих пор, выполняли сомнительную работу по удовлетворению.

    16

    Да, электромобили занимают более чем достойное место в нашей экосистеме спортивных автомобилей, но прямо сейчас и в ближайшем будущем, когда дело доходит до участия водителя, превалирует двигатель внутреннего сгорания. Однако нам необходимо создавать более эффективные автомобили.

    Это определенный факт, если мы хотим получать удовольствие от жанра транспортных средств в ближайшие годы. Но мы все еще можем делать это, наслаждаясь поездкой. Вот где водородное сжигание вступает в бой, смешивая экологическую ответственность с олдскульным шумом и участием.

    Toyota и Yamaha объединились для создания самого впечатляющего примера двигателей внутреннего сгорания на водороде — 5,0-литрового безнаддувного двигателя V8 мощностью 335 кВт и 540 Нм, но с чрезвычайно ограниченным выбросом выхлопных газов. Основой двигателя является двигатель 2UR-GSE совместной разработки двух японских компаний, используемый в купе Lexus RC F.

    16

    Yamaha изменила впускные коллекторы и форсунки, изменив головки цилиндров, чтобы двигатель мог работать на сжатом водороде, но при этом снизил мощность всего на 16 кВт (и увеличил крутящий момент на 10 Нм) по сравнению с двигателем, работающим на неэтилированном топливе. Впечатляющий выхлоп 8-в-1 не только для галочки, говорят, что он придает автомобилю привлекательную ноту выхлопа.

    Сгорание водорода работает почти так же, как и в автомобилях, использующих обычный неэтилированный бензин. Существует тот же четырехтактный цикл сгорания, когда топливо впрыскивается непосредственно в камеру и воспламеняется от искры. Звучит очень просто, но Toyota говорит, что разработка была совсем не такой.

    В 2016 году компании приходилось использовать топливную смесь 50/50 из неэтилированного бензина и водорода, чтобы получить требуемое зажигание, а нынешние испытательные двигатели с двигателем H3 требуют невероятно высоких внутренних температур для зажигания искры.

    16

    Основным преимуществом эпохи сокращения выбросов является то, что наиболее важным побочным продуктом работы двигателя является вода. Однако сжигание водорода не является полностью нулевым выбросом. За счет воспламенения в воздухе и использования тех же механических внутренних частей, которые требуют смазки, в процессе сжигается небольшое количество масла, создавая незначительные выбросы углеродных частиц.

    Каталитические фильтры в выхлопной системе смогут уловить большинство, но не все эти выбросы.

    Еще одним преимуществом является то, что разработка двигателей внутреннего сгорания для работы на водороде обходится дешевле, чем разработка и производство автомобилей на водородных топливных элементах, таких как Hyundai Nexo или Toyota Mirai.

    16

    Однако есть несколько существенных предостережений. Водородные топливные элементы уже имеют недостаточную эффективность по сравнению с аккумуляторными электромобилями. Энергия теряется на этапах электролиза, сжатия и транспортировки водорода, а также медленно вытекает из сильно сжатого топливного бака (обычно работающего под давлением 10 000 фунтов на квадратный дюйм), если его оставить без присмотра.

    Большинство электромобилей на аккумуляторных батареях имеют КПД 75-85%. Топливные элементы попадают в диапазон 30-35%, а сжигание водорода еще на 5% хуже.

    Но Yamaha и Toyota не разработали мощный двигатель, который мог бы похвастаться эффективностью. Это доказательство концепции от маэстро внутреннего сгорания, целью которой является демонстрация того, что нишевые двигатели внутреннего сгорания все еще имеют место в экологически сознательном будущем, резко и радикально сокращая выбросы. Им больше власти.

    Четыре интересных факта об использовании водорода в автомобилях

    1.

    Рождение новой категории

    Демонстрируя свою поддержку альтернативных источников топлива, Автомобильный клуб de l’Ouest (ACO), который организует 24 часа Ле-Мана, объявил о Новая категория будет запущена в 2025 году, чтобы позволить водородным электромобилям участвовать в классических гонках на выносливость.

    2. Собираем команду

    Subaru, Mazda и Kawasaki присоединились к Yamaha и Toyota, чтобы сформировать то, что получило прозвище «Team Japan» с целью поддержки будущего двигателей внутреннего сгорания. В то время как Yamaha и Toyota работают над сжиганием водорода, три других производителя будут участвовать в автоспорте, используя биодизельное топливо и синтетическое топливо, полученное из биомассы.

    16

    3. Наденьте свой ботинок

    Джим Гликенхаус намерен участвовать в гонках Baja 1000 на водородной версии своего внедорожника Boot. Вместо того, чтобы работать на сжатом водороде, как почти любой другой автомобиль на топливных элементах, американская команда намерена использовать жидкий водород. Гликенхаус утверждает, что дальность полета одного танка составляет почти 1000 км.

    4. Впереди

    Toyota участвовала в 24-часовой гонке на выносливость в прошлом году на Toyota Corolla, используя двигатель GR Yaris, переделанный для работы на водороде. Хэтчбек проехал 1634 км, в общей сложности 12 часов вождения. Команда дозаправлялась 35 раз, при этом четыре часа находились в неподвижном состоянии при среднем времени остановки в семь минут. Автомобиль был полностью неподвижен в течение восьми часов гонки для ремонта и проверки безопасности.

    Кэмерон Кирби

    Заместитель главного редактора МОТОР

    Наш постоянный профессиональный житель Квинсленда, фанат автоспорта, Кирби наработался на Auto Action, прежде чем стать заместителем редактора в MOTOR.

    КОММЕНТАРИИ

    Что такое водородный двигатель внутреннего сгорания? Может ли он заменить батарею Evs?

    Автор: CNBCTV18.
    com IST (опубликовано)

    Mini

    Двигатели внутреннего сгорания, работающие на водороде, очень похожи на обычные двигатели внутреннего сгорания, и для их преобразования в работу на водороде было сделано всего несколько изменений. Однако текущий процесс создания водородного топлива не является экологически чистым, поскольку предполагает использование ископаемого топлива.

    Конференция сторон (COP26) по климатическому кризису, которая завершилась в пятницу, увидела, что правительства, автопроизводители и другие заинтересованные стороны обязались к 2040 году полностью перейти на автомобили с нулевым уровнем выбросов.

    В День транспорта на саммите Индия подчеркнула необходимость перевода большого парка двух- и трехколесных транспортных средств страны, которые в совокупности составляют более 80 процентов автомобилей в стране, на автомобили с нулевым уровнем выбросов.

    В настоящее время на рынке представлены четыре технологии с нулевым уровнем выбросов для приведения транспортных средств в действие: аккумуляторные электромобили (BEV), двигатели внутреннего сгорания на биотопливе, электромобили на водородных топливных элементах (FCEV) и водородные двигатели внутреннего сгорания (h3-ICE).

    В то время как большинство автопроизводителей уже выпустили свои модели BEV, в двигателях внутреннего сгорания, работающих на биотопливе, не было достигнуто большого прогресса, поскольку их выбросы зависят от источников биомассы и углерода.

    Между тем, водородные автомобильные двигатели — как FCEV, так и h3-ICE — значительно эволюционировали за последние несколько десятилетий.

    Как работает водородный двигатель внутреннего сгорания?

    ДВС h3 аналогичны обычным двигателям внутреннего сгорания, и для их преобразования для работы на водороде сделано лишь несколько изменений. Некоторые компоненты двигателя, такие как система подачи топлива и свечи зажигания, заменены на водород вместо бензина или дизельного топлива.

    Что касается выбросов, такие транспортные средства в основном выбрасывают только водяной пар, но они не являются двигателями с нулевым уровнем выбросов, поскольку процесс сгорания в ДВС типа h3 приводит к выбросу токсичных оксидов азота (NOx). Небольшое количество углекислого газа (CO2) также выделяется из-за сжигания моторного масла в таких двигателях. Для сравнения, FCEV, которые используют водород для питания топливного элемента, намного чище.

    Читайте также: Путь Индии к водородному топливу — с 2006 по 2021 год — где мы сейчас?

    Исследования и разработки

    В прошлом месяце Toyota протестировала двигатели внутреннего сгорания на водороде в гоночных автомобилях и заявила, что конечной целью является использование технологии h3-ICE в коммерческих автомобилях. Технология была опробована на 1,6-литровом двигателе Toyota Yaris для гонок.

    Автомобиль с двигателем h3-ICE завершил гонку со средней скоростью 68 км/ч, но ему пришлось сделать 35 дозаправок. В среднем автомобиль останавливался для дозаправки примерно через каждые 42 минуты. Из суток автомобиль находился на гоночной трассе, около четырех часов ушло на дозаправку. И это несмотря на то, что Toyota установила два водородных бака на заднем сиденье автомобиля, чего нельзя сказать о коммерческих автомобилях.

    Недостатки

    Эксперимент выявил снижение эффективности водородного топлива по сравнению с бензином. Водороду требуется гораздо больше места для хранения, чем обычному топливу, но установка большего количества водородных баков в автомобиле полностью съела бы внутреннее пространство, что сделало бы автомобиль в значительной степени непрактичным. Таким образом, автомобиль h3-ICE с приемлемым запасом хода пока далек от реальности.

    Кроме того, текущий процесс создания водородного топлива не является экологически безопасным, так как предполагает использование ископаемого топлива, что в значительной степени способствует выбросу CO2. Хотя водород также можно использовать с использованием возобновляемых ресурсов, стоимость этого процесса является непомерно высокой. Таким образом, транспортные средства h3-ICE становятся контрпродуктивным решением для снижения токсичных выбросов.

    Еще одним препятствием для того, чтобы автомобили с двигателем h3-ICE стали популярными, является отсутствие инфраструктуры для водородного топлива. В настоящее время только несколько стран имеют водородные заправочные станции. Стоимость установки водородной станции очень высока на большинстве рынков, поскольку такие транспортные средства не пользуются коммерческой популярностью, а инвестиции в станции не имеют большого коммерческого смысла.

    Кроме того, заправка автомобиля h3-ICE занимает больше времени, чем заправка обычных автомобилей с двигателем ICE. Таким образом, если все больше и больше людей перейдут на транспортные средства h3-ICE, водородные заправочные станции, скорее всего, станут свидетелями извилистых очередей. По оценкам, людям, возможно, придется ждать до 20 минут, чтобы заправить свой автомобиль h3-ICE, и не у каждого человека может быть столько свободного времени. Также существует потенциальный риск мощных взрывов на водородных заправочных станциях.

    Наконец, современная технология h3-ICE не может сравниться с доступными на рынке электромобилями. Постоянное развитие технологии литий-ионных аккумуляторов привело к тому, что электромобили сравнялись с автомобилями на обычном топливе. В этом случае успех Теслы является ярким примером.

    Могут ли автомобили с двигателем h3 стать реальной концепцией?

    Эксперты рекомендуют водородные двигатели внутреннего сгорания для коммерческих автомобилей, поскольку они должны работать в течение определенного количества часов и иметь фиксированные точки в пути. Если на выделенных грузовых маршрутах будет установлено несколько водородных заправочных станций, коммерческие автомобили смогут перейти на h3-ICE. На самом деле, специалист по тяжелому машиностроению JCB уже работает над внедрением двигателей внутреннего сгорания на водороде. Точно так же гоночные автомобили, которые используют фиксированный маршрут и эксплуатировались в течение ограниченного времени, также могут перейти на ДВС h3.

    В Индии министр дорожного транспорта и автомагистралей Нитин Гадкари неоднократно поощрял использование водорода в качестве автомобильного топлива. Недавно государственная компания GAIL India объявила, что в течение следующих 12-14 месяцев построит завод по производству экологически чистого водорода мощностью 10 МВт — крупнейший такой завод в стране.