3Мар

Водородный двигатель для автомобиля: Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

Содержание

Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

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

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

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

История развития рынка водородных двигателей

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Toyota Mirai 2016 года выпуска

Как работает водородный двигатель?

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

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

Схема работы водородного двигателя

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

Как работает водородный двигатель внутри Toyota Mirai

Где применяют водородное топливо?

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

Плюсы водородного двигателя

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

Минусы водородного двигателя

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

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

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

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

Водородный транспорт в России

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

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

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

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

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

Перспективы технологии

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.

Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.

С одной стороны, в Европе Toyota Mirai II стоит несколько дешевле, чем Tesla Model S (€64 тыс. против €77 тыс.) [18]. Полная зарядка водородного автомобиля занимает около 3 минут — против 30-75 минут для электрокара. Однако вся разница — в обслуживании: Toyota Mirai вмещает 5 кг водородного топлива [19] по цене $8-9 за кг. Таким образом, полный бак обойдется в $45, и его хватит на 500 км — получаем около $9 за 100 км пробега. Для Tesla Model S те же 100 км обойдутся всего в $3.

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

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

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

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

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

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

Согласно прогнозу Markets&Markets [28], к 2022 году объем мирового производства водорода вырастет со $115 до $154 млрд. Остается главный вопрос: как быть с инфраструктурой? Чтобы водородные двигатели стали массовыми, нужны сети заправок, трубопроводы для топлива, отлаженные логистические цепочки. Все это пока только зарождается. Но и тут есть позитивные сдвиги: например, канадская Ballard Power по заказу китайского Министерства транспорта запустила пилотный проект, в рамках которого водородное топливо можно будет заливать в обычные АЗС.

что мешает продвижению автомобилей на легком газе :: Свое дело :: РБК

Прощание с бензином

У водородных двигателей долгая и непростая история: еще в 1979 году BMW выпустила первый автомобиль, работающий на этом газе. Однако нефтяные кризисы 1970-х, заставившие задуматься о разработке такого автомобиля, миновали, и вплоть до 2000-х автогиганты положили идею под сукно. Все изменилось в новом веке, когда нефть снова стала дорожать, а правительства задумались о снижении выбросов в атмосферу углекислого газа. Экологичность — один из главных плюсов водородных двигателей, ведь единственный побочный продукт их работы — обычная вода. Ни углекислого газа, ни соединений свинца.

Читайте на РБК Pro

В 2007 году BMW выпустила партию из ста автомобилей Hydrogen 7, способных работать как на бензине, так и на водороде, сопроводив это событие масштабной рекламной кампанией: за рулем таких авто появлялись голливудские звезды Брэд Питт, Анджелина Джоли, Ричард Гир, Шарон Стоун. Однако сотней машин дело и ограничилось: их технические характеристики оставляли желать лучшего. Компания выбрала тупиковый путь: гибридная модель сжигала водород в камере сгорания, и газового баллона в 8 кг хватало всего на 200–250 км. А стоил автомобиль на уровне топовых моделей концерна.

Фото: Paul Sancya / AP

Другие компании извлекли из эксперимента BMW урок. Сейчас уже три фирмы серийно выпускают легковые автомобили на водородных топливных ячейках, использующих топливо более эффективно: в результате электрохимической реакции они вырабатывают энергию, которая подается на электрический двигатель. Первой работающей по такой схеме была машина Hyundai ix35 Fuel Cell, поступившая в автосалоны в начале 2013 года. Годом позже в Японии стартовали продажи Toyota Mirai, а в 2015–2016 годах на японский и американский рынки вышла Honda Clarity. Еще полтора десятка компаний в последние годы объявили о скором выпуске или по крайней мере о начале разработки таких автомобилей. Совершенствование технологий позволило существенно удешевить производство: цена Hyundai ix35 Fuel Cell составляет около $53 тыс., Toyota Mirai — $57 тыс., Honda Clarity — $59 тыс.

Тем не менее цены кажутся высокими по сравнению с обычными машинами: так, Hyundai ix35 с обычным двигателем стоит от $10 тыс. до 35 тыс. Да и сам водород пока обходится дороже бензина. Но инновационные автомобили не только чище, но и потенциально выгоднее. Согласно подсчетам бывшего главного исследователя по вопросам альтернативной энергии Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) Стива Хенча использовать водород в качестве энергоносителя намного выгоднее, чем обычный бензин. Энергоемкость одного галлона (4,54 л) бензина и 1 кг водорода, эквивалентного ему по объему, почти одинакова: 130 против 130–140 мДж. Галлон бензина в США стоит около $2,90, 1 кг водорода обойдется дороже — в $8,6. Однако если учесть, что термодинамическая эффективность бензина составляет 20–25%, а водорода — 60% и более, получится, что топливные ячейки в 2,5–3 раза эффективнее двигателя внутреннего сгорания. А значит, на том же объеме топлива водородные автомобили смогут проехать в 2,5–3 раза дольше.

Высокая энергия

В России компании также проявляют интерес к водородным технологиям. В 2006 году «Норильский никель» приобрел контрольный пакет акций американского пионера водородной энергетики Plug Power. Однако кризис 2008–2009 годов вынудил «Норникель» продать бумаги.

В 2014 году в России появился производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компании удалось найти свою нишу: она поставляет аккумуляторные системы для дронов, в том числе военных. Топливными элементами AT Energy были, например, оснащены дроны компании «АФМ-Серверс», снимавшие с воздуха Олимпиаду-2014 в Сочи. «Оснащение дронов водородными элементами дает большой выигрыш по длительности полета, кроме того, они перестают зависеть от температуры воздуха», — говорит основатель компании Данила Шапошников.

В июне 2017 года AT Energy подписала стратегическое соглашение с АО «Линде Газ Рус», дочерней компанией производителя промышленных газов Linde Group. Партнеры будут поставлять владельцам беспилотных аппаратов баллоны с водородом производства Linde. Это поможет решить важнейшую проблему водородной энергетики для беспилотников — заправочной инфраструктуры.

Легок на помине

Ажиотаж по поводу самого легкого в природе газа, стартовавший в начале 2000-х, был подхвачен политиками. В 2004 году губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер рисовал картины «водородных шоссе», которыми будет опоясан его штат всего через шесть лет. Ничего такого, конечно, не произошло. «Автомобильная отрасль консервативна: все новые технологии дорогие, требуют оптимизации моделей по массе и габаритам, испытаний на ресурс», — говорит гендиректор AT Energy Данила Шапошников.

Сказалась и экономическая ситуация. «В глобальном контексте замедление развития водородной энергетики связано с тем, что выбор технологий снижения выбросов в энергетике, транспорте, горнодобывающей промышленности и ЖКХ определяется экономической выгодой, — говорит советник по возобновляемой энергии в MoJo Energy Говард Рамсден, в 2000-х принимавший участие в разработке законодательства Европейского союза в области электроэнергетики. — Если финансовые механизмы стимулирования выбора низкоуглеродных технологий не являются существенными для стимулирования потребителя, то он либо не будет менять своих привычек, либо будет делать это очень вяло. Водородные технологии оказались слишком дороги для производителей в условиях двух глобальных экономических кризисов, где война за покупателя была жесткой».

Проблемы вызваны не только экономической конъюнктурой. Первому элементу таблицы Менделеева то и дело достается от глав технологических компаний. Так, владелец Tesla Илон Маск неоднократно называл топливные ячейки «ошеломляюще тупой технологией», противопоставляя их электрическим аккумуляторам, на которые сделала ставку его компания. Основная претензия заключается в том, что в качестве средства хранения энергии ячейки уступают аккумуляторам, поскольку преобразование химической энергии в электрическую внутри топливного элемента ведет к неизбежным потерям.

Илон Маск (Фото: Marcio Jose Sanchez / AP)

Другие критики отмечают, что водородные автомобили по умолчанию небезопасны. Водород невидим, легко воспламеняется и не имеет запаха, а значит о его утечке водитель не догадается вплоть до взрыва. Правда, и Toyota и Honda специально отмечают, что в их моделях водород хранится в герметичных и ударопрочных контейнерах из углеволокна. И все-таки никакое углеволокно не выдержит сильного удара при ДТП.

И даже подсчеты экономических выгод водорода могут быть обманчивы. «Главная проблема — высокая стоимость производства самих топливных элементов, так как водородные батареи содержат платину, один из самых дорогих металлов в мире, — напоминает Кристиан Цбинден. — Многие заблуждаются, считая водородную энергетику спасением от глобального изменения климата. На самом деле энергия из водорода — это плацебо, поскольку при производстве подобных батарей используется непропорционально большое количество электроэнергии. Поэтому «зелеными» данные технологии назвать нельзя». Самый распространенный в наши дни процесс получения водорода — паровой риформинг метана. Он требует использования углеводородов. Правда, теоретически его можно заменить электролизом воды, энергию для которого будут давать, например, солнечные батареи.

Кроме того, под водородные двигатели нужно строить специальные сети заправок. «Вопрос не столько в разработках производителей двигателей, сколько в подготовке и развитии необходимой инфраструктуры, — считает Никита Игумнов, финансовый эксперт, ранее работавший в инвестпроектах Газпромбанка, в органах управления и контроля МОЭСК и «Мосэнергосбыта». — При реализации данного направления возникнет ряд проблем, требующих решения. Среди них — высокая стоимость производства, хранения и транспортировки топлива, а также необходимость масштабного развития необходимой инфраструктуры: заправки, терминалы хранения, производственные мощности. Все эти вопросы требуют масштабных инвестиций».

Нишевой элемент

И все-таки будет ошибочным считать водородную энергетику тупиковым направлением. «Например, она давно применяется в ракетостроении, но СМИ редко об этом пишут», — отмечает Шапошников. Пока автомобили на топливных элементах делают первые шаги, их меньшие братья — автопогрузчики уже вовсю переходят на самый легкий газ. В июле Walmart приобрела 55 млн акций одного из пионеров водородной энергетики — компании Plug Power, объявив о планах оснастить 30 своих центров дистрибуции водородными автозаправками, где смогут заряжаться погрузчики компании (сейчас такими заправками оснащены 22 американских магазина Walmart). В апреле этого года Amazon.com купила более 50 млн акций Plug Power, параллельно начав оснащать водородными заправками свои склады.

Компании-конкуренты считают, что водород поможет их центрам быть более эффективными. «Складская техника — это ниша, в которой водородные топливные ячейки уже прочно закрепились, — говорит Данила Шапошников. — Электрические аккумуляторы погрузчиков быстро садятся и подолгу заряжаются. Возникают большие паузы в работе. Кроме того, батареи имеют короткий срок службы. А техника на водороде надежна, неприхотлива и, кроме того, экологична — такие погрузчики могут работать в закрытых помещениях».

То, что силовые установки, работающие на водороде, практически бесшумны, делает их привлекательными для производства военной техники. Уже сейчас такими установками оснащают, например, подводные лодки. Водород служит и для нужд домохозяйств: энергетические станции мощностью от 1 до 5 кВт могут вырабатывать электроэнергию в режиме когенерации, попутно давая тепло для системы отопления и нагрева воды.

В Японии такие автономные системы получили широкое признание после аварии на «Фукусиме», когда ядерная энергетика стала восприниматься как нечто страшное. Агентство по природным ресурсам и энергетике Японии рассматривает развитие водородной промышленности как один из приоритетов, рассчитывая за три года довести число используемых домохозяйствами водородных электрогенераторов до 1,4 млн. Кроме того, правительство мотивирует промышленные компании использовать водород в качестве источника электроэнергии на заводах и фабриках. А организаторы летних Олимпийских игр 2020 года в Токио собираются превратить их в демонстрацию возможностей водородных двигателей.

Среди ниш, где водород находит себе применение уже сегодня, — стационарное резервное питание. «Топливные ячейки требуют мало обслуживания: поставил — забыл, — говорит Шапошников. — Когда напряжение в сети падает до нуля, они включаются. Небольшой баллон с газом, установленный, например, на сотовой вышке, даст ей энергии на сутки, пока ремонтная бригада устраняет проблему. Другая ниша — автономное энергоснабжение удаленных пунктов: можно раз в год наполнять газгольдер, обеспечивая электричеством и теплом небольшой поселок полярников где-нибудь в Арктике». Это решение подойдет для многих труднодоступных уголков страны.

Водородная энергетика будет развиваться даже при отсутствии прорыва в автомобильной отрасли, говорят эксперты. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд. Но и в автомобильной промышленности этот элемент рано списывать со счетов. Да, водород высокого давления требует строительства сотен заправочных станций. Но есть более дешевая альтернатива, которую сейчас разрабатывает сразу несколько компаний, в частности один из лидеров по производству топливных ячеек — канадская Ballard Power, делающая пилотный проект для китайского Министерства транспорта. Жидкий химический состав можно будет заливать в обычные бензохранилища, которыми оснащены АЗС, и заправлять им машину как бензином. В специальном реакторе из жидкости будет выделяться газообразный водород, поступающий в топливную ячейку. Голубая мечта Шварценеггера не столь уж и несбыточна.

Toyota собирается расширять производство автомобилей с водородным двигателем | Новости из Германии о событиях в мире | DW

Японский автопроизводитель Toyota собирается расширить выпуск машин с водородным двигателем. В компании полагают, что в перспективе оснащать такими моторами можно будет не только автомобили класса люкс, но и компактные модели. Об этом сообщил немецкой газете Welt am Sonntag пресс-секретарь концерна Toyota Хисаши Накаи. Материал будет опубликован в воскресенье, 24 марта.

В то же время при попытке найти замену классическому двигателю, сжигающему бензин или дизельное топливо, немецкие автопроизводители VW, BMW и Daimler договорились сконцентрироваться на создании электромобилей.

"В ближайшем будущем это будет лучшей и самой эффективной возможностью снизить выбросы в атмосферу углекислого газа", - прокомментировал этот решение глава концерна VW Герберт Дис (Herbert Diess).

Преимущества водородного двигателя

Однако японцы решили пойти иным путем и сделать ставку на термоэлектрический генератор, самым распространенным видом которого является водородный двигатель.

"Мы относимся с пониманием к тому, что кто-то, возможно, хочет сконцентрироваться только на одной технологии", - отметил представитель концерна Хисаши Накаи. - Однако считаем, что нам нужно и то, и другое - электробатарея и термоэлектрический генератор".

Главные преимущества водородного двигателя состоят в том, что он работает бесшумно и не производит вредных выбросов в атмосферу. Автомобиль Toyota Mirai, уже продающийся и в России, стал первой в мире автомоделью с водородным двигателем в серийном производстве. Сегодня автомобили с водородными двигателями выпускают и другие производители, такие как Hyundai. 

Принцип работы водородного двигателя

Принцип работы водородного двигателя состоит в следующем. Углеродные топливные баки автомобиля заправляются сжатым водородом. Потом через передний воздухозаборник поступает необходимый для работы двигателя воздух.

В результате химической реакции при взаимодействии водорода и кислорода из поступившего воздуха вырабатывается электроэнергия. При нажатии на педаль газа образовавшееся в результате реакции электричество приводит в действие электромотор, и автомобиль начинает движение.

Единственный побочный продукт этого процесса - вода, которая не наносит вреда окружающей среде, указывается на сайте японского автопроизводителя.

Компактные автомобили с водородным двигателем

До сих пор водородный двигатель не смог найти широкого применения в автостроении. Тем не менее специалисты Toyota полагают, что по мере проникновения таких машин на рынок их производственные расходы сократятся на столько, что автомобили с водородным двигателем станут рентабельными не только в среднем и премиум-классе и среди компактных автомобилей.

"Даже если на это потребуется время, в перспективе будут производиться и компактные автомобили с термоэлектрическими генераторами", - подчеркнул Накаи.

______________

Подписывайтесь на новости DW в | Twitter | Youtube | или установите приложение DW для | iOS | Android

Смотрите также:

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Скромная доля электромобилей на рынке Германии

    Почти 17 200 электромобилей было продано в Германии в первом полугодии 2018 года - и еще 16 700 машин с гибридным приводом. Это хотя и означает рост по сравнению с аналогичным периодом прошлого года на 51%, но в сравнении с продажами новых бензиновых и дизельных машин составляет лишь 1,8%. Ничтожно мало - по сравнению с почти 40% в Норвегии, являющейся мировым лидером по этому показателю.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Отставание по электромобильности

    Причин отставания две. Немецкий автопром слишком долго не верил в приход новой эры электромобильности, делая ставку на двигатели внутреннего сгорания, в производстве которых немцы были в числе мировых лидеров. В итоге, многие электромобили сегодня существуют в основном на бумаге (см. фото). Другая причина - предоставление властями льгот покупателям электромобилей началось в ФРГ лишь недавно.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Перелом с сентября 2018 года?

    Но сентябрь 2018 года может стать поворотным моментом. Прежде всего благодаря презентации электрического внедорожника e-tron. Это первая модель Audi, работающая полностью на электромоторе - и, как признают в самой компании-производителе, ее первая "вызревшая" серийная модель электромобиля. Поставки первым покупателям начнутся уже в конце 2018 года, а зарезервировать машину можно уже сейчас.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    E-tron на троне?

    Презентация Audi e-tron состоялась 17 сентября в США, что можно истолковать как готовность потягаться силами с мировым лидером в производстве элитных электромобилей, американской компанией Tesla. Так, e-tron будет иметь запас хода в 400 км, что сравнимо с Model 3 от Tesla.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Volkswagen пока не впечатляет

    У электромобилей других марок, которые, как и Audi, принадлежат концерну Volkswagen, цифры менее впечатляющие. Так, под брендом Volkswagen концерн сейчас продает клиентам только 2 электрические модели - E-Golf (с начала 2014 года) и E-Up (с конца 2013). Технические характеристики таковы: запас хода у E-Golf - 300 км (и это по старым, менее экологичным нормам), у E-Up - 160 км.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Будущее называется I.D.

    В этом году премьер электромобилей от VW не ожидается. Концерн сейчас перестраивает свой завод в немецком Цвикау, где в 2019 году начнется производство совершенно новой линейки электромобилей под общим брендом I.D. Среди прочего - и изображенного на фото микроавтобуса I.D. Buzz.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Другое будущее под названием EQC

    Пытаются наверстать упущенное и в концерне Daimler. Сайт автопроизводителя, оттенив прошлые эксперименты с электромобильностью, уже вовсю рекламирует новую линейку электромобилей марки Mercedes - EQC. Но в серию первая машина EQC - внедорожник - выйдет в середине 2019 года. Следом за внедорожником компания обещает полную линейку на новой технологии, от компакт-класса до премиум-сегмента.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Smart только электрический

    А вот принадлежащая Daimler марка Smart будет полностью переориентирована на электромобильность. С 2020 года машины Smart будут продаваться во всей Западной Европе только с электрическим двигателем. А в США, Канаде и Норвегии от бензиновых Smart отказались еще 2017 году.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    BMW удивит в 2020 году

    BMW уделяла внимание электромобильности больше других немецких автопроизводителей - так что уже имеет в активе две серийные модели машин с электрическими двигателями: i3 (на фото) и i8. Но с запасом хода в 200 км (i3) и у баварских автопроизводителей есть куда расти - поэтому с 2020 года BMW обещает вывести на рынок новые серийные модели электромобилей.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Porsche нужно еще время

    Миллиарды евро инвестирует сейчас в разработки и другая дочерняя фирма Volkswagen - Porsche. Полностью электрическая модель этого бренда ожидается в 2020 году. Предварительное название модели - Taycan.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Opel ждут перемены

    Поклонники выпускающейся в ФРГ марки Opel могли уже с 2012 года купить электромобиль Ampera. Но на самом деле он производился в США. Поэтому после приобретения компании Opel в 2017 году французским концерном PSA новый владелец объявил о планах по выпуску новых электромобилей: в 2020 году на рынок должна выйти новая Corsa с электрическим приводом, а к 2022 - еще четыре модели электромобилей.

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Стартапы в эру электромобильности

    Перспективы электромобильности увлекли не только гигантов немецкого автопрома, но и небольшие стартапы. Например, ахенская фирма e.GO Mobile AG, созданная всего лишь в 2015 году, уже к концу 2018 года собирается выпустить на рынок свою первую серийную модель e.GO Life (на фото).

  • Немецкие электромобили: что можно уже купить и что нас ждет?

    Почтальон приезжает на электромобиле

    А немецкая почта - Deutsche Post, так и не найдя в 2014 года ни одного автопроизводителя, готового поставить небольшие автофургоны для развоза почты, сама приобрела никому не известную тогда фирму StreetScooter. Фирма прекрасно справилась с заданием, и сейчас по дорогам Германии разъезжает уже более 6 тысяч выпущенных ею желтых электромобилей.

    Автор: Инза Вреде, Павел Лось


Водородный двигатель автомобиля - как работает и основные недостатки

Авто компании разрабатывают новые виды двигателей для автомобилей будущего. Кто-то ставит ставку на электромоторы, а кто-то разрабатывает водородные двигатели. Рассмотрим водородный двигатель и его преимущества.

Как работает

Автомобиль на водородном топливе имеет так называемый топливный элемент или по-научному — электрохимический генератор. Это своего рода «вечная» батарейка, внутри которой идет реакция окисления водорода и на выходе получается чистый водяной пар, азот и электричество. Т.е. выхлоп такого водородного автомобиля экологический чистый, в нем содержание углекислого газа CO2 равняется нулю.

Автомобиль с топливными элементами, по сути электромобиль. Только с более компактной батареей: ёмкость литий-ионного аккумулятора в 10 раз меньше, чем обычного электромобиля. Батарея нужна только в качестве буфера для хранения энергии, получаемой при рекуперативном торможении и для быстрого холодного старта.

Потому что главный источник энергии — блок топливных элементов — выходит на рабочий режим не сразу. На первых прототипах водородных машин для этого требовалось около полутора часов. На современных — не более 2 минут, чтобы начать превращение водорода и воздуха в водяной пар, азот и электроэнергию. Но на прогрев до рабочей температуры, когда КПД установки достигает 90%, уходит от 15 минут до часа в зависимости от окружающей температуры.

В баллонах хранится 5 кг водорода, обеспечивающие запас хода до 500 км. Полная заправка баллонов займет три минуты.

Главные недостатки

Главный недостаток — высокая себестоимость. Помимо электрохимического генератора, который при массовом производстве может стоить дешевле батарей для электромобилей, нужны еще прочные и легкие баки. Для этого используют дорогой углепластик.

Серьезный недостаток — энергетическая эффективность. Если использовать водород только как промежуточное звено в цепочке доставки энергии от электростанции к колесам автомобиля, то КПД составит не более 30% с учетом потерь на перекачку и охлаждение водорода перед заправкой. В отличие от 70-80% у электромобилей.

Если получать водород из попутного нефтяного газа, то КПД становится несравнимо выше — до 70%. Правда, ценой выбросов углекислого газа.

Если производить автомобили с водородными двигатели, то где взять заправки? В Европе количество водородных заправок можно пересчитать по пальцам, у нас их вовсе нет. Инженеры для таких случаев изобрели бивалентный двигатель, который может одновременно работать на водородном топливе и бензине. Владелец данного автомобиля не будет зависеть от наличия на заправке водородного топлива.

Лет через десять, когда количество водородных заправок в Европе возрастет, тогда водородомобили получат жизнь. Пока реалии не радуют. Взять хотя бы стоимость машины на чисто водородных элементах — она превышает стоимость обычного автомобиля почти в два раза. И на 20 процентов дороге гибридных версий.

как российский автопром может завоевать мир

Просто один пример, как это будет работать. В сегодняшнем технологическом укладе автомобили BMW, Mercedes, Audi считаются продуктами самой высокой технологии, вершиной современной конструкторской мысли. В каждом из них примерно 1500 трущихся деталей, требующих длинной и фондоёмкой цепочки оборудования для особо точной обработки различных металлов, много подшипников, масел и тд. Это самые сложные и ответственные элементы автомобиля: двигатели, коробки передач, мосты, карданы, тормозные и рулевые системы и т.д. Для производства автомобилей по традиционной технологии добываются миллионы тонн разных видов руды, уголь, производится метал очень сложных составов со строгими физико-химическими характеристиками, требуется оборудование для дорогостоящих процессов литья, прокатки, штамповки, сварки, окраски…Крутится гигантская производственно-технологическая цепочка с миллионами рабочих мест. Так изготавливается любой автомобиль. Именно поэтому господдержка направляется прежде всего производителям с глубокой локализацией. Но… наступает новый технологический уклад. Появляется один из первых образцов-автомобиль Tesla (Model 3). В этом автомобиле ещё только первого поколения нового технологического уклада — кузов композитный, двигатель электрический. Всего 140-150 трущихся деталей. Это означает, что дорогостоящее оборудование заготовительных производств автозаводов (металлургия, кузница, прессовое, арматурное,) и особо точного механообрабатывающего (двигатели, КПП, мосты, карданы) можно сдать в металлолом. Туда же скоро можно отправить сварку и окраску, поскольку композиты и пластики можно окрашивать при приготовлении массы для формования. Mercedes недавно обнародовал, что инвестиции в строительство его завода в России (пока без мощностей по производству двигателей, КПП и других сложных механических узлов и литейного производства) мощностью 25 000 авто в год составили около €300 миллионов. На мощность 100 000 автомобилей (даже бюджетного сегмента) с полным набором локализации производства традиционных узлов и агрегатов потребуются существенно более высокие инвестиции. Это цена пути углубления традиционной технологии для автопрома. Есть над чем задуматься. Но гораздо более существенные и дорогостоящие изменения автопром потребует от других отраслей. С точки зрения нового технологического уклада производства автомобиля, это означает, что автопрому больше в таких масштабах не нужна прежняя металлургия и традиционная металлообработка, радикально меняются требования к продукции таких отраслей, как химия и нефтегазохимия.

есть ли у них будущее

Загрязнение атмосферы вызывает серьезную озабоченность общественности, организаций по защите окружающей среды. Реальной альтернативой ДВС являются водородные транспортные средства и автомобили на электротяге.

Электричество или водород

В настоящее время существует актуальная проблема, которая заключается в том, что 60% электроэнергии, потребляемой во всем мире, производится на тепловых электростанциях. Для того чтобы обеспечить возросший спрос на электричество, придется сжигать углеводороды в еще больших количествах. Даже при полной замене ДВС электродвигателями произойдет перераспределение вредных выбросов, уменьшение будет не столь значительным. Концентрация CO2 в воздухе снизится в мегаполисах, но возрастет в местах расположения ТЭС. Кроме того, автомобиль не единственный источник загрязнения окружающей среды: об электрических кораблях, самолетах пока не идет даже речи.

Водородная энергетика в этом смысле предпочтительнее. Добыча водорода сопровождается микроскопическими, по сравнению со сжиганием углеводородов, выбросами токсичных веществ. Выхлоп автомобиля на водороде на 99,99% состоит из чистого водяного пара, безвредного для окружающей среды. Но тут возникают другие проблемы, которые носят экономический, технологический, инфраструктурный характер.

Как устроен водородный двигатель

Разработаны два вида двигателей работающих на водороде:

  • обычный ДВС, где вместо бензина используется водород;
  • с применением топливных элементов.

В первом случае используется все тот же двигатель внутреннего сгорания. Инженерные решения направлены на оптимизацию горения смеси водорода с воздухом, разработку системы питания и снижение взрывоопасности. Данная концепция распространения не получила. Водород, который отличается высокой чистотой, в камере сгорания контактирует с маслом. Поэтому отработанные газы, пусть в значительно меньшем количестве, но содержат токсичные компоненты. Помимо этого, эксплуатация таких автомобилей небезопасна, требует значительных затрат.

При использовании топливных элементов транспортное средство, которое приводится в движение водородным двигателем, принципиально является тем же электромобилем. Разница в том, что на чистой электротяге батарея заряжается от внешних источников, а в водородном автомобиле электроэнергия непрерывно черпается из топливных элементов.

Они состоят из двух камер, одна из которых является анодом, а другая катодом. Между ними находится мембрана. Все компоненты покрыты дорогостоящими редкоземельными металлами, играющими роль катализатора. В результате реакции гидролиза водород, находящийся в анодной камере, соединяясь с кислородом из атмосферного воздуха в катоде, превращается в водяной пар. Процесс сопровождается выделением свободных электронов, которые поступают в электрическую сеть автомобиля.

Такая схема значительно эффективнее, практически отсутствуют вредные выхлопы. Львиная доля усилий конструкторов направлена на развитие двигателей на топливных элементах.

Преимущества и недостатки водородных двигателей

Достоинства и недостатки силовых агрегатов с топливными элементами вытекают из особенностей водорода как топлива, технического уровня двигателей. Факторы, считающиеся безоговорочным достоинствами:

  • простота конструкции, соответственно, надежность;
  • КПД, превышающий таковой у бензинового двигателя, но уступающий электрическому;
  • отсутствие каких-либо шумов;
  • почти полное отсутствие вредных выбросов;
  • высокая мощность двигателей;
приемлемая автономность: современные водородные автомобили способны преодолевать на одной заправке до 500 километров.

Среди недостатков можно выделить следующие:

  • увеличенная масса автомобиля;
  • взрывоопасность водорода, которая резко повышается при наличии неисправностей в двигателе;
  • высокая стоимость эксплуатации автомобиля.

Реальная эксплуатация показывает, что километр пути на автомобиле с водородным двигателем обходится минимум на 50% дороже, по сравнению с бензиновым ДВС. Расход водорода в несколько раз меньше, чем бензина, но все перекрывает его цена.

В этом кроется главная проблема водородной энергетики. В виде соединений с другими веществами запасы h3 на Земле безграничны, но в чистом виде его почти нет. Для его получения используется сложная технология. К этому добавляются проблемы хранения, транспортировки, создания инфраструктуры.

Перспективы водородных автомобилей

Для того чтобы полноценно осветить на этот вопрос, необходимо точно знать цель, с которой бензиновый двигатель пытаются заменить водородным. Если речь идет о внедрении технически более совершенного двигателя, то в этом ракурсе перспективы водородоавтомобилей почти такие же, как и у бензиновых агрегатов, немного выше. ДВС, как бы он не совершенствовался, имеет принципиальное ограничение: низкий коэффициент полезного действия.

Водородный двигатель в этом смысле предпочтительнее, но уступает электромобилям. С другой стороны, обогреть салон чистым электричеством, без снижения автономности, невозможно: запас на автомобиле ограничен. Водородные двигатели таких проблем не знают: при гидролизе выделяется тепло.

Если приоритетом является экология, здесь водородный двигатель имеет приоритет перед остальными. Но не все так однозначно. Современные технологии добычи водорода находятся на таком уровне развития, что дешевле всего получать h3 путем сжигания газа или угля. При этом выделяется углекислый газ, для борьбы с которым и внедряют водородный автомобиль. Экологически чистые способы добычи водорода не обладают достаточной производительностью, значительно повышают его стоимость, которая и так немаленькая.

Если удастся разработать экономичную, производительную, экологически чистую технологию добычи водорода, автомобиль на таком топливе, без сомнения, получит широкое распространение. По эксплуатационным характеристикам он уже сейчас превосходит ДВС.

По сравнению с электрическим у водородного двигателя существует ключевое преимущество: на заправку водородом потребуется около 5 минут, тогда как зарядка батареи на специальных станциях занимает несколько часов.

Заработать на водороде – Коммерсантъ Санкт-Петербург

Внедрение водородного топлива — перспективное направление и для России, и для всего мира: оно является более технологичным и экологичным. Популяризация подобных технологий связана с рядом существенных ограничений — высокой ценой топлива, необходимостью новых технологических решений для его хранения и транспортировки, а также с развитием инфраструктуры для обслуживания автомобилей. Эксперты отмечают, что экономическая выгода водородного топлива по сравнению с остальными пока неочевидна.

В начале ноября Смольный сообщил, что в Петербурге может появиться каршеринг на водородном топливе. Соответствующий проект рассматривается городом, Минпромторгом РФ и компанией Hyundai. По словам вице-губернатора Петербурга Евгения Елина, городское правительство намерено «забежать вперед и посмотреть, как это будет работать», организовав эксплуатацию таких автомобилей. Впрочем, конкретных сроков названо не было, равно как и подробностей запуска данного проекта, касающихся потенциального оператора каршеринга и количества таких машин.

Как пояснили BG в Минпромторге РФ, речь идет о развитии нового для нашей страны направления — использования, а в будущем и создания транспорта, работающего на водородном топливе. При этом «Каршеринг на водородном топливе» может стать одним из пилотных проектов, реализуемых в мегаполисах. В ведомстве также отметили, что поставщиками водородного топлива могут стать «Газпром» и «Росатом».

Найти отличия

Для начала стоит разделить два направления использования водорода в качестве топлива. «Первый — это применение его в качестве именно топлива для двигателей внутреннего сгорания. Этот вариант старше, чем использование бензина или дизельного топлива, причем почти на век. Прообраз такого двигателя появился еще в 1806 году»,— говорят эксперты «Авито Авто». С двигателями подобного типа создавали легковые модели Mazda (причем в этом случае двигатель роторный и двухтопливный), BMW (тоже двухтопливная схема), Audi, Ford, Hyundai, Toyota, Honda — и это далеко не полный список. В настоящее время в этом направлении (но не единственном и не наиболее приоритетном) работает и производитель грузовиков и автобусов MAN. Кроме того, имели место и российские, и даже еще советские разработки, отмечают эксперты. «Одним словом, это просто одна из ветвей развития современных двигателей. Как для легковой, так и для грузовой техники, для железнодорожных локомотивов и даже для авиации»,— заключают они.

Второе направление — относительно новое и считающееся одним из наиболее перспективных — это водородные топливные элементы, то есть системы, позволяющие использовать водород во взаимодействии с кислородом (без процесса горения) для генерации электроэнергии непосредственно на борту автомобиля. «В автомобиле с водородным двигателем, как правило, есть два бака — с водородом и воздухом, при смешивании которых выделяется электричество. Его можно использовать непосредственно для питания электродвигателя»,— рассказывает Роман Абрамов, исполнительный директор «СберАвто», добавляя, что это прекрасная на первый взгляд технология, не требующая масла, поршней, двигательных элементов, не наносящая вред окружающей среде. «Водородные топливные элементы действительно достаточно перспективны. Подобные разработки — как экспериментальные, так и серийные — также имеют многие производители, среди них Toyota, Hyundai, Mercedes, Opel, Honda, Volkswagen»,— добавляют эксперты «Авито Авто». Пионером в этой области можно назвать компанию Toyota, которая несколько лет назад представила автомобиль Toyota Mirai. «Это не концепт, а работающий продукт, который можно увидеть на улицах Японии и, думаю, в других развитых азиатских стран»,— говорит господин Абрамов. Кроме того, BMW совместно с Toyota ведет разработки для своих авто, развивают это направление Honda и Hyundai. «Какие-то попытки совершают многие производители, у Lada была "Нива" на водородном топливе. Тем не менее пока у всех, кроме Toyota, это остается на уровне экзотики и прототипов»,— указывает он.

Некоторые эксперты автоиндустрии считают, что водородный двигатель применим в первую очередь в транспортных средствах, предназначенных для коммерческого использования (например, машины такси, грузовые автомобили). В частности, такой позиции придерживается глава концерна Volkswagen Герберт Дис. «VW сделал выбор в пользу производства электромобилей, и, как отмечал Герберт Дис, одна из причин — в том, что водородный двигатель обладает большим потенциалом для использования в грузовом транспорте, чем для оснащения персональных легковых автомобилей. Одна из возможных причин такой позиции — то, что машина на водородном топливе в производстве дороже, чем авто с электрическим двигателем»,— объясняют в «Авито Авто».

Преимущества и недостатки

Необходимость перехода на водородное топливо обусловлено и климатическими, и экологическими требованиями. «В 2019 году наша страна подписала Парижскую конвенцию по климату, которая предусматривает разработку технических решений по переходу на экологические виды топлива, так называемое "зеленое" топливо. Россия имеет высокий потенциал для производства экологически чистого водорода. К 2030 году стоимость водорода станет сопоставима со стоимостью традиционных источников энергии, но в настоящее время использование "зеленого" топлива до конечного потребителя затруднительно, в том числе с финансовой точки зрения»,— замечает ректор БГТУ «Военмех» им.  Устинова Константин Иванов. При этом, по его словам, переход транспортной системы Петербурга на «зеленое» топливо потребует колоссальных инвестиций и глобальных инфраструктурных решений.

Водородное топливо — гораздо более технологичный и экологичный вид топлива, оно обеспечивает бесшумную работу, малый расход, а также полную экологичность по причине выбросов водяного пара. Такие автомобили можно очень быстро заправлять — едва ли не быстрее, чем бензиновые или дизельные, что является существенным плюсом на фоне длительной зарядки аккумуляторов. Кроме того, автомобили на топливных элементах имеют лучший запас хода.

Среди недостатков эксперты отмечают сложность и дороговизну получения водорода как топлива: в случае получения его из природных газов не снижаются углеродные эмиссии, а в случае электролиза — необходимо большое количество редкоземельных и драгоценных металлов для установки. «Однако как показало время, если развивать любую технологию, можно достичь снижения стоимости, как это было с литий-ионными батареями, стоившими сначала целое состояние»,— говорит Александр Багрецов, руководитель проектов направления «Оценка и финансовый консалтинг» группы компаний SRG.

По словам директора по административно-хозяйственной деятельности ООО «Байкал-Сервис ТК» Александра Разина, для использования водорода в качестве топлива потребуются не только энергоресурсы для его производства, но и развитая инфраструктура хранения и транспортировки — трубопроводы, железнодорожные цистерны, морские танкеры, автозаправки. «Как известно из химии, водород очень летуч и взрывоопасен. Хранение, транспортировка или использование водорода потребуют наличия высокочувствительных газоанализаторов, сверхпрочных материалов. К примеру, существующая технология водородно-воздушных топливных элементов, которая уже используется на автомобилях Honda, Toyota, Hyundai, пока не показала свою безоговорочную эффективность, так как оборудование довольно тяжелое и габаритное, а вероятность утечки чрезвычайно летучего газа снижает безопасность и требует высочайшего уровня технологий, что, безусловно, влияет на экономику проекта»,— рассуждает господин Разин.

К другим недостаткам можно отнести высокую стоимость машин, которые по своему устройству существенно сложнее бензиновых или электрических, добавляет Дмитрий Мешков, исполнительный директор ООО «Соллерс Инжиниринг». По его словам, в обозримом будущем можно говорить лишь о реализации локальных проектов, таких как создание пассажирского транспорта на водородном топливе для крупных и богатых городов. «Однако и тут не все просто, поскольку у таких автомобилей нет очевидных преимуществ перед электрическими»,— добавляет он.

По словам вице-президента Независимого топливного союза Дмитрия Гусева, практика показывает, что рост транспорта с альтернативными двигателями возможен только при создании достаточной инфраструктуры. А на стартовом этапе развитие инфраструктуры — это долгосрочные инвестиции. «Поэтому первым шагом для развития водородных двигателей будет создание сетей водородных заправок, о чем пока даже упоминания нет в "Энергостратегии-2035"»,— поясняет господин Гусев, предполагая, что в ближайшие пятнадцать лет, если не будет существенных изменений, автомобилей и заправок на водороде не планируется.

Мария Кузнецова


Автомобиль Toyota с «водородным двигателем» ревет в течение 24 часов эндуро

НАГОЯ, Япония - Спортивный автомобиль, разработанный Toyota Motor, пересек финишную черту и стал первым автомобилем, работающим на водородном двигателе, а не только на топливных элементах. пройти 24-часовой тест на выносливость.

Toyota представила Corolla Sport в серии Super Taikyu в этом году, которая проводится в субботу и воскресенье в префектуре Сидзуока в Японии, между Токио и Нагоя. В отличие от большинства автомобилей с водородным двигателем, в которых используются топливные элементы, которые используют водород для выработки электроэнергии для двигателей, этот автомобиль работал на переработанном бензиновом двигателе внутреннего сгорания, используемом в GR Yaris, с некоторыми небольшими изменениями.

Автомобиль практически не выделял углекислый газ.

Четыре топливных бака из углеродного волокна, уложенные штабелями до потолка, занимают заднюю часть Corolla. Когда в субботу днем ​​машина снесла Fuji Speedway на старте гонки, шум двигателя был взрывным и разнесся по арене, но казался не хуже, чем у конкурентов с обычным бензиновым двигателем.

Но через 20 минут различия были очевидны. «Королла» уже стояла в стороне от автоцистерны с водородом для дозаправки.Автомобиль нужно доливать чаще, чем другие автомобили. Во время 24-часовой гонки автомобилю Toyota потребовалось 35 заправок, по сравнению с примерно 20 пит-стопами для других участников.

За шесть-семь минут дозаправка Corolla также заняла больше времени. Водородный автомобиль японского автопроизводителя проехал примерно половину расстояния и примерно половину средней скорости его конкурентов, работающих на бензине.

Toyota, сильная в производстве автомобилей на топливных элементах, будет участвовать в гонках на водородных автомобилях, чтобы выявить и решить проблемы, сдерживающие коммерциализацию водородных двигателей, и сделать эту технологию конкурентоспособной по сравнению с электромобилями.

«Электромобили занимают центральное место в электрификации, и если все перейдет на электромобили, то в Японии будет потерян 1 миллион рабочих мест», - заявил журналистам президент Toyota Акио Тойода. Тойода, сам гонщик по прозвищу Моризо, участвовал в гонке на выносливость в качестве гонщика.

«Мы должны помнить о том, что целью является углеродная нейтральность», - сказал Тойода. «Я хочу показать, что [водородные двигатели] можно использовать на спортивных объектах».

Toyota уже давно поддерживает автомобили на водородных топливных элементах в качестве стратегии, выпустив в 2014 году новаторский автомобиль на топливных элементах Mirai.

Но использование водородного двигателя вместо топливных элементов имело бы определенные преимущества. В таких транспортных средствах будет использоваться обычная технология двигателей, и они будут обеспечивать впечатления от вождения, аналогичные бензиновым автомобилям. И «легко создать крутящий момент на низких оборотах, что делает его идеальным для грузовиков», - сказал представитель Toyota.

Однако есть препятствия. BMW и Mazda Motor также столкнулись с этой технологией, но высокая скорость сгорания водорода затрудняет контроль. Автомобили также требуют больших топливных баков, а это означает, что места для ног мало.Поэтому автопроизводители в основном выбирают топливные элементы, которые более эффективно используют водород.

Наряду с запасом хода, крейсерской скоростью и частой дозаправкой автомобили с водородным двигателем сталкиваются с еще одним недостатком: им требуются большие топливные баки, которые занимают место для ног. BMW и Mazda потерпели неудачу в своих попытках разработать такие автомобили.

Но автомобили с бензиновым двигателем являются частью глобального противодействия выбросам углерода. Honda Motor, General Motors и Volvo Cars заявили, что в конечном итоге откажутся от производства автомобилей с бензиновым двигателем.Toyota рассматривает водородные двигатели как реальную безуглеродную альтернативу.

Маск называет водородные топливные элементы «глупыми», но технологии могут угрожать Tesla

Клиент заправляет автомобиль водородом на заправочной станции TrueZero в Милл-Вэлли, Калифорния. Штат тратит более 2,5 миллиарда долларов из фондов чистой энергии для ускорения продаж автомобилей на водороде и аккумуляторных батареях. Это включает 900 миллионов долларов, выделенных на завершение строительства 200 водородных станций и 250 000 зарядных станций к 2025 году.

Bloomberg | Bloomberg | Getty Images

Tesla и ее конкуренты на рынке электромобилей с батарейным питанием доминируют в спорах о том, кто будет контролировать будущее автомобилей, но в Соединенных Штатах есть еще один вид экологически чистых транспортных технологий, основанный на самых распространенных технологиях. ресурс во вселенной.

Электромобили на топливных элементах (FCEV) объединяют водород, хранящийся в резервуаре, с кислородом из воздуха для производства электроэнергии, с водяным паром в качестве побочного продукта. В отличие от более распространенных электромобилей с батарейным питанием, автомобили на топливных элементах не нужно подключать к электросети, а все современные модели превышают 300 миль при полном баке. Они наполняются форсункой почти так же быстро, как традиционные газовые и дизельные автомобили. Хотя сами автомобили на топливных элементах выделяют водяной пар только из выхлопных труб, Союз обеспокоенных ученых отмечает, что производство водорода может привести к загрязнению.Хотя возобновляемые источники водорода, такие как сельскохозяйственные угодья и свалки, увеличиваются, большая часть водорода, используемого для топлива, поступает из традиционной добычи природного газа. Тем не менее, отдача по-прежнему меньше, чем у бензиновых аналогов.

Водородная энергия присутствует на рынке в течение многих лет, но ее объем чрезвычайно ограничен. В настоящее время в Калифорнии 39 общественных водородных заправочных станций (еще 25 находятся в стадии разработки), а также пара на Гавайях. Теперь у Восточного побережья появляется собственная инфраструктура.Несколько станций уже работают, и еще больше в Нью-Йорке, Нью-Джерси, Массачусетсе, Коннектикуте и Род-Айленде.

Коммерческий успех, проблемы потребителей

Водород более широко используется на коммерческом рынке. Более 23000 вилочных погрузчиков на топливных элементах работают на складах и в распределительных центрах США в более чем 40 штатах, в том числе на предприятиях Amazon и Walmart. Десятки автобусов на топливных элементах используются или планируются в Огайо, Мичигане, Иллинойсе и Массачусетсе, а также в Калифорнии.

Количество заправочных станций водородом растет во всем мире. Toyota и Honda объединяются с правительством Квебека для создания водородной инфраструктуры в Монреале в этом году, и даже богатая нефтью Саудовская Аравия получает свою первую станцию.

Toyota, второй по величине автопроизводитель в мире, является крупнейшим игроком на потребительском рынке США автомобилей на водородных топливных элементах. Его Mirai - семейный автомобиль на водородных топливных элементах - нашел 5000 покупателей с тех пор, как он был представлен осенью 2015 года.Расс Кобле, представитель группы по охране окружающей среды и передовых технологий Toyota, сказал, что компания ожидает увеличения продаж по мере открытия новых заправочных станций.

«Toyota уже давно утверждает, что технология водородных топливных элементов может быть решением с нулевым уровнем выбросов для широкого спектра типов транспортных средств», - сказал он.

Toyota заявляет, что масштабируемость технологии водородных топливных элементов также привела к появлению двух приложений для Калифорнийских технико-экономических обоснований в другой области, представляющей интерес для Tesla: грузовики с полуприцепами.

Полуприцеп Toyota Motor, работающий на водородных топливных элементах, представлен на AutoMobility LA в преддверии автосалона в Лос-Анджелесе

Патрик Т. Фэллон | Bloomberg | Getty Images

Honda также сделала большой выбор в пользу водорода. По словам представителя Honda Натали Кумаратне, в настоящее время на дорогах США находится около 1100 автомобилей Honda Clarity Fuel Cell. Honda предлагает в аренду только Clarity Fuel Cell в Калифорнии - она ​​предлагает в аренду или продажу гибридные версии автомобиля с аккумулятором и электроэнергией.Из 20 174 автомобилей Clarity, проданных или сданных в аренду в 2018 году, 624 были вариантами топливных элементов, 948 - электрическими батареями и 18 602 - гибридными.

Honda и Toyota объединились с дочерней компанией Shell Oil для строительства новых водородных заправочных станций в Калифорнии. По словам Кумаратне, два объекта уже построены, а пять находятся в стадии строительства. Компания выступает за строительство станций на северо-востоке США, некоторые из которых находятся в стадии разработки. «Партнерство с другими производителями водородных топливных элементов и влиятельными лицами отрасли имеет смысл.«У всех нас есть кожа в игре», - сказала она.

Hyundai, которая в настоящее время имеет 220 автомобилей на водородных топливных элементах на дорогах США, также видит рост продаж. «Мы ожидаем, что Северо-Восток станет следующим крупным регионом. рост водородной инфраструктуры ", - сказал Дерек Джойс, представитель корейского производителя продукции и группы передовых силовых агрегатов. Компания только что представила Nexo в США. Агентство по охране окружающей среды оценивает запас хода среднеразмерного кроссовера до 380 миль, что больше, чем у любого электромобиля с батарейным питанием. рынок.

По состоянию на 1 февраля в США было продано и сдано в аренду чуть более 6000 электромобилей на топливных элементах, вдвое больше Японии, следующего по величине рынка.

Маск о водородных «дурацких элементах»

Соучредитель и генеральный директор Tesla Илон Маск назвал водородные топливные элементы «невероятно глупыми», и это не единственное, что он сказал о технологии. Он назвал их «дурацкими ячейками», «грудой мусора» и сказал акционерам Tesla на ежегодном собрании несколько лет назад, что «успех просто невозможен.«

Маск нашел неожиданный источник поддержки в 2017 году, когда Йошиказу Танака, главный инженер, отвечающий за Mirai, сказал Reuters:« Илон Маск прав - лучше заряжать электромобиль напрямую от розетки ». Но Toyota исполнительный директор добавил, что водород является жизнеспособной альтернативой бензину. Председатель Toyota Такеши Учиямада сказал Reuters на том же токийском автосалоне в 2017 году: «Мы действительно не видим враждебных отношений с нулевой суммой между электромобилями (электромобиль с батарейным питанием). и водородный автомобиль.Мы вовсе не собираемся отказываться от технологии водородных электрических топливных элементов ».

Автомобильная промышленность в целом не разделяет взглядов Маска на будущее, основанное на принципе« батарея или разрушение ». В 2017 году был проведен опрос 1000 руководителей автомобильной отрасли KPMG пришли к выводу, что водородные топливные элементы имеют лучшее долгосрочное будущее, чем электромобили, и будут представлять собой «настоящий прорыв» (78 процентов), причем руководители автомобилестроения назвали короткое время дозаправки всего в несколько минут главным преимуществом. Шестьдесят два процента сказали KPMG, что проблемы с инфраструктурой приведут к краху рынка электромобилей с батарейным питанием.

В Калифорнии продолжаются дебаты по поводу того, окупили ли субсидии, предложенные штатом для запуска рынка топливных элементов, инвестиции, судя по ограниченному использованию заправочных станций и отсутствию прибыли. Калифорния привержена усилиям, начатым при бывшем губернаторе Джерри Брауне, по финансированию инициатив в области возобновляемых источников энергии, которые включали план транспортных средств с нулевым выбросом в размере 900 миллионов долларов и финансирование инфраструктуры зарядки электромобилей, включая 200 водородных станций к 2025 году.

Мы могли видеть системы водородных топливных элементов, которые стоят в четыре раза меньше литий-ионных батарей, а также обеспечивают гораздо больший радиус действия.

Дэвид Антонелли

Кафедра физической химии в Ланкастерском университете

GM еще не выпустила автомобиль на топливных элементах для потребительского рынка, но у нее есть совместное предприятие с Honda по производству стеков топливных элементов на заводе в Мичигане. началась в 2013 году и расширилась в 2017 году, когда обе компании заявили, что завод в Мичигане, где производятся топливные трубы, может производить автомобили начиная с 2020 года.

Ford экспериментировал с вариантами топливных элементов своих автомобилей Focus и Fusion, а также Edge кроссовер, но таких машин в продажу не предлагает.

«Учитывая постоянно растущую долю возобновляемых источников энергии, водородные топливные элементы могут сыграть важную роль в будущем», - сказал представитель Ford. «С точки зрения массового вывода на рынок, однако, аккумулятор в настоящее время занимает более выгодное положение по сравнению с топливным элементом - не в последнюю очередь из-за ценовой ситуации и доступной инфраструктуры. Наша работа будет по-прежнему сосредоточена на электрификации, поскольку мы отслеживаем прогресс в области водорода. В настоящее время у нас нет планов предлагать автомобили на водородных топливных элементах ».

Fiat Chrysler не продает автомобиль на топливных элементах в США.S., но в течение 15 лет он поддерживал исследования под руководством профессора Дэвида Антонелли, кафедры физической химии в Ланкастерском университете в Великобритании, которые могли снизить затраты на технологию. Его команда работает с материалом, который позволяет сделать топливные баки меньше, дешевле и более энергоемкими, чем существующие технологии водородного топлива, а также автомобили с батарейным питанием.

«Стоимость производства нашего материала настолько низка, а плотность энергии, которую он может хранить, намного выше, чем у литий-ионной батареи, что мы можем видеть системы водородных топливных элементов, которые стоят в четыре раза меньше, чем литий-ионные батареи. а также обеспечивает гораздо большую дальность действия ", - сказал Антонелли.Лицензия на технологию предоставлена ​​коммерческой компании Kubagen, созданной Антонелли.

Модель автомобиля и цены на заправку остаются серьезными проблемами.

Безопасность вызывает беспокойство, так как водород легковоспламеняем, но бензин и литий-ионные аккумуляторы тоже. Транспортировка водорода для использования на заправочных станциях создает дополнительные риски для безопасности - станции используют датчики для отслеживания утечек. В Калифорнии не сообщалось о серьезных инцидентах, а промышленный сектор перевозил водород на протяжении десятилетий.

По данным Национальной ассоциации противопожарной защиты, транспортные средства с альтернативным топливом, категория, которая включает как водородные топливные элементы, так и электрические батареи, не более опасны, чем традиционные двигатели внутреннего сгорания. Статистика NFPA показывает, что примерно каждые 3 минуты в США возникает пожар из-за двигателя внутреннего сгорания.

Однако самым большим препятствием может быть цена.

Средняя цена на водородное топливо в Калифорнии составляет около 16 долларов за кг - бензин продается за галлоны (объем), а водород за килограмм (вес).Для сравнения: 1 галлон бензина содержит примерно такое же количество энергии, как 1 кг водорода. Большинство электромобилей на топливных элементах несут от 5 до 6 кг водорода, но проходят вдвое больше, чем современный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания с эквивалентным газом в баке, что дает эквивалент бензина на галлон от 5 до 6 долларов.

Автомобили на водородных топливных элементах в настоящее время в среднем имеют запас хода от 312 до 380 миль, согласно EPA. Заправка из порожнего топлива будет стоить около 80 долларов (большинство водителей не позволяют баку полностью опуститься перед заправкой, поэтому в конечном итоге заправка обходится от 55 до 65 долларов).Эта стоимость в настоящее время оплачивается автопроизводителями, которые предоставляют арендаторам предоплаченные карты на три года заправки топливом на сумму до 15 000 долларов. В Калифорнии, где самые высокие в стране цены на бензин, заправка обычного автомобиля большим бензобаком может стоить 40 долларов и более.

Kelley Blue Book оценивает годовые затраты на топливо для Toyota Mirai, Honda Clarity Fuel Cell и Hyundai Nexo в 4495 долларов, что в три-четыре раза превышает стоимость бензиновых альтернатив.

«Мы понимаем, что автопроизводители не могут продолжать платить за топливо, и мы видим линию прямой видимости, чтобы попасть туда, но это объемная игра, и нам нужно набрать критическую массу», - сказал Шейн Стивенс, главный и главный разработчик. сотрудник компании FirstElement Fuel, которая управляет 19 из 39 водородных заправочных станций в Калифорнии и разрабатывает 12 из 25 дополнительных станций для штата.Ближайшая цель его компании - 10 долларов за килограмм, что равняется примерно 4 долларам за галлон газа. «Это хорошее краткосрочное приемлемое число, которое можно достичь в ближайшие три-пять лет и избавить людей от топлива, субсидируемого автопроизводителями», - сказал Стивенс.

Самая большая проблема: автомобили остаются дорогими. Например, Nexo - самый дорогой Hyundai, продаваемый в США, со стартовой ценой в 59 345 долларов (стартовые цены на Santa Fe сопоставимых размеров начинаются с 24 250 долларов). Модели топливных элементов Toyota Mirai и Honda Clarity имеют аналогичную рекомендованную производителем розничную цену в диапазоне 59 000 долларов.Эти покупки автомобилей имеют право на государственные скидки - в Калифорнии доступна налоговая скидка в размере 5000 долларов США.

Лизинг был популярным выбором потребителей для электромобилей на топливных элементах и ​​аккумуляторных батареях, потому что эта технология является новой, и первые пользователи не хотят быть привязанными к текущей модели в течение длительного времени по мере развития технологий и повышения эффективности.

Как и в случае с любой новой технологией, стоимость топливных элементов должна снизиться, если рынок будет расти и достигнет эффекта масштаба в производстве и инфраструктуре.«У Honda есть долгосрочные обязательства по производству водорода, но вы не можете продавать автомобили без инфраструктуры», - сказал Кумаратне.

Стивенс сказал, что если рынок в Калифорнии достигнет «нескольких сотен тысяч автомобилей», он сможет быть конкурентоспособным по цене с бензином. Это большой скачок по сравнению с 6000 проданными на данный момент автомобилями, но большинство новых автомобильных рынков начинаются с ограниченного производства. Toyota заявила, что планирует увеличить производство с 3000 единиц Mirai в год до 30 000 автомобилей к 2021 году. «Это десятикратное увеличение."

" Несколько сотен тысяч автомобилей в Калифорнии не так уж и далеко. И это всего лишь Toyota, - сказал Стивенс. - Речь идет не о субсидировании всего роста инфраструктуры, а просто о том, чтобы помочь нам преодолеть препятствие, а это уже не за горами. Если мы дойдем до нескольких сотен тысяч автомобилей, мы действительно сможем отказаться от государственных субсидий и стать самоокупаемыми ».

Поправка: водород - самый богатый ресурс во вселенной. эта статья искажает этот факт.

Может ли водород поддерживать двигатель внутреннего сгорания?

Все более строгие правила выбросов затрудняют для автопроизводителей продолжать предлагать автомобили с двигателями внутреннего сгорания, при этом некоторые страны, такие как Великобритания, даже предпринимают шаги для полного запрета двигателей.

Интересно, что водород может оказаться спасителем двигателя внутреннего сгорания.

Ряд автопроизводителей предложили преобразовать водород, полученный из возобновляемых источников, в синтетическое топливо с нейтральным выбросом углерода.Porsche и его партнеры даже построили пилотный завод, способный производить синтетическое топливо в промышленных масштабах.

Toyota сейчас тестирует другое, гораздо более старое решение, связанное с водородом: сжигание этого вещества непосредственно в двигателе внутреннего сгорания.

На прошлой неделе автопроизводитель представил гоночный автомобиль, чей рядный 3-цилиндровый двигатель предназначен для работы на чистом водороде. Гоночный автомобиль все еще проходит испытания, но в мае этого года выйдет на этап гоночной серии Super Taikyu Series 2021 года в Японии.

Как уже упоминалось, это решение не ново.BMW представила прототип 7-й серии, двигатель V-12 которого мог работать на водороде. Это было еще в 2006 году. Основные необходимые изменения касаются топливного бака и топливных форсунок.

При сжигании водорода выбросы CO2 нулевые. Однако технология не лишена недостатков. При сжигании водорода в двигателе внутреннего сгорания образуются вредные оксиды азота. Однако есть способы минимизировать это, например, использование селективного каталитического восстановления на основе мочевины, как в современных дизельных двигателях.

Как мы уже выяснили, более серьезной проблемой является низкая эффективность. Энергия уже тратится на производство водорода из возобновляемых источников, и к тому времени, когда водород сгорает в двигателе и мощность передается на трансмиссию и, в конечном итоге, на колеса, фактически передается только около 25% энергетической ценности водорода.

Вот почему электромобили на топливных элементах, такие как Toyota Mirai, имеют больше смысла при использовании водорода в качестве топлива. Здесь водород объединяется с кислородом воздуха, чтобы создать электричество, которое затем приводит в действие электродвигатель, который может напрямую приводить в действие колеса.Здесь КПД приближается к 50%. И вредных выбросов тоже нет. Просто вода.

Еще один недостаток водорода? Отсутствует инфраструктура, позволяющая чистым образом закупать материал и поставлять его клиентам. Вот почему электромобили с аккумуляторными батареями, которые могут использовать существующую электрическую сеть, вероятно, будут основным источником личного транспорта в будущем, хотя водород все еще может иметь место в транспорте на дальние расстояния.

Toyota разрабатывает водородные двигатели внутреннего сгорания - для гонок

Toyota пыталась внедрить водородные топливные элементы во все, от легковых автомобилей до автобусов и грузовиков, но теперь автопроизводитель приступает к совершенно другому проекту водородной силовой установки.

Вместо топливных элементов Toyota разрабатывает двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, а не для использования на дорогах. На этот раз для гонок.

В четверг автопроизводитель объявил о разработке водородного двигателя для использования в 24-часовой гонке на японской гоночной трассе Fuji Speedway, запланированной на 21-23 мая. Гонка является частью японской серии Super Taikyu, в которой используются автомобили, основанные на серийных моделях.

Гонки серии Super Taikyu

1,6-литровый рядный 3-цилиндровый двигатель с турбонаддувом будет приводить в действие модифицированную Toyota Corolla Sport, работающую на сжатом газообразном водороде, а не на жидком бензине.Двигатели внутреннего сгорания могут работать на газообразном водороде с некоторыми модификациями, и Toyota даже утверждает, что сгорание водорода происходит более быстрыми темпами, что улучшает отзывчивость.

Идея не нова, но большинство автопроизводителей намеренно избегают такой попытки - отчасти для того, чтобы избежать необходимости производить расчеты эффективности, углеродного следа и выбросов для такого сценария. В начале 2000-х BMW ненадолго предложила водородную версию своего роскошного седана 7-й серии, но по большей части автомобильное использование водорода было сосредоточено на топливных элементах, которые производят электричество для работы электродвигателей.Даже BMW переключила внимание на топливные элементы и фактически сотрудничает с Toyota в разработке.

Аналогичным образом, использование водорода в автоспорте практически не исследовалось. Одна команда планирует запустить экспериментальный автомобиль на топливных элементах на престижной гонке «24 часа Ле-Мана» в 2024 году, но гоночные серии в первую очередь ориентированы на гибридные и аккумуляторно-электрические силовые агрегаты как способ сокращения выбросов.

Однако водородный гоночный двигатель соответствует амбициозным планам автопроизводителя в отношении водорода.

Toyota стремится построить водородную экономику для всего, от промышленного использования до высококлассного использования, например, луноходов. Он также только что подписал с Chevron стратегическое партнерство для достижения этой цели, охватывающее развитие инфраструктуры и исследования, связанные с транспортировкой и хранением водорода.

Автопроизводитель продемонстрировал свою технологию топливных элементов при транспортировке грузов по малой петле и разработал модуль топливных элементов для питания грузовиков и автобусов будущего.Однако Toyota часто избегает рассмотрения того, как поставляется большая часть водорода, и экологических последствий этой цепочки поставок.

Что касается единственного серийного автомобиля Toyota с топливными элементами, мы думаем, что Mirai - лучший или один из лучших седанов Toyota в настоящее время.

Как электромобили на топливных элементах работают с использованием водорода?

Как и полностью электрические транспортные средства, электромобили на топливных элементах (FCEV) используют электричество для питания электродвигателя.В отличие от других электромобилей, FCEV вырабатывают электричество, используя топливный элемент, работающий на водороде, а не потребляя электричество только от батареи. В процессе проектирования транспортного средства производитель транспортного средства определяет мощность транспортного средства размером электродвигателя (двигателей), которые получают электроэнергию от комбинации топливного элемента и батареи соответствующего размера. Хотя автопроизводители могут спроектировать FCEV с возможностью подключения к сети для зарядки аккумулятора, большинство FCEV сегодня используют аккумулятор для возврата энергии торможения, обеспечения дополнительной мощности во время коротких событий ускорения и для сглаживания мощности, поступающей от топливного элемента с возможностью холостого хода или выключите топливный элемент при низкой потребляемой мощности.Количество энергии, хранящейся на борту, определяется размером водородного топливного бака. Это отличается от полностью электрического транспортного средства, где количество доступной мощности и энергии тесно связаны с размером батареи. Узнайте больше об электромобилях на топливных элементах.

Изображение в высоком разрешении

Ключевые компоненты электромобиля на водородных топливных элементах

Аккумулятор (вспомогательный): В транспортном средстве с электрическим приводом вспомогательная аккумуляторная батарея обеспечивает электричеством для запуска автомобиля до включения тягового аккумулятора, а также обеспечивает питание аксессуаров транспортного средства.

Аккумулятор: Этот аккумулятор накапливает энергию, вырабатываемую при рекуперативном торможении, и обеспечивает дополнительную мощность тяговому электродвигателю.

Преобразователь постоянного тока в постоянный: Это устройство преобразует мощность постоянного тока высокого напряжения от тягового аккумуляторного блока в мощность постоянного тока низкого напряжения, необходимую для работы аксессуаров автомобиля и подзарядки вспомогательной аккумуляторной батареи.

Электрический тяговый двигатель (FCEV): Используя энергию топливного элемента и тягового аккумулятора, этот двигатель приводит в движение колеса автомобиля.В некоторых автомобилях используются мотор-генераторы, которые выполняют как приводную, так и регенеративную функции.

Блок топливных элементов: Набор отдельных мембранных электродов, которые используют водород и кислород для производства электричества.

Заливная горловина: Форсунка топливораздаточной колонки присоединяется к резервуару на транспортном средстве для заправки топливного бака.

Топливный бак (водород): Хранит газообразный водород на борту автомобиля до тех пор, пока он не понадобится топливным элементам.

Контроллер силовой электроники (FCEV): Этот блок управляет потоком электроэнергии, подаваемой топливным элементом и тяговой батареей, регулируя скорость электрического тягового двигателя и создаваемый им крутящий момент.

Тепловая система (охлаждение) - (FCEV): Эта система поддерживает надлежащий диапазон рабочих температур топливного элемента, электродвигателя, силовой электроники и других компонентов.

Трансмиссия (электрическая): Трансмиссия передает механическую энергию от тягового электродвигателя для привода колес.

Toyota построила двигатель внутреннего сгорания, который потребляет водород, и это звучит потрясающе

Японский автогигант Toyota работает над водородным автомобилем нового поколения. Когда слова Toyota и Hydrogen находятся в одном предложении, на ум приходит Toyota Mirai с водородным двигателем. Тем не менее, Mirai - это водородно-электрический автомобиль или FCEV (электромобиль на топливных элементах). Он использует водородное топливо для преобразования электроэнергии и питания бортового электродвигателя.На этот раз Toyota придумала нечто иное.

«В конце прошлого года мы построили прототип, который обеспечил то« автомобильное ощущение », которое любят любители автомобилей, например, через звук и вибрацию, даже несмотря на то, что мы имели дело с экологическими технологиями, - сказал Кодзи Сато, главный бренд-директор, и Президент компании Gazoo Racing. «Только недавно я осознал, как одно вело к другому, что мы можем использовать технологии, которые у нас были под рукой».

Автомобиль на видео - Corolla Hatchback, оснащенный двигателем внутреннего сгорания, потребляющим водород.Он также имеет систему полного привода от легендарного хот-хэтча Toyota GR Yaris. Судя по бодрящему звуку выхлопа, вы не могли бы подумать, что здесь играет роль водород, но это так. Это не только звучит фантастически, но и лай выхлопа не отличается от настроенного автомобиля с бензиновым двигателем.

Toyota утверждает, что это 100-процентный водород с нулевым содержанием бензина. В инновационном водородном двигателе Toyota практически не выделяется углекислый газ, поскольку ископаемое топливо не сжигается. Однако автомобиль производит определенное количество ядовитых газов, поскольку двигатель сжигает водород и кислород из воздуха.Это не автомобиль с нулевым уровнем выбросов, как полностью электрический автомобиль (EV) или FCEV, но он выделяет значительно меньше токсичных веществ, чем чистый бензиновый автомобиль.

«Toyota использует водородные экологические технологии, культивируемые через Mirai. В нем также используются технологии безопасности, разработанные Yaris WRC », - сказал Акио Тойода, генеральный директор и президент Toyota Motor Corporation. «Будучи представителем автомобильной индустрии, я полагал, что для автоспорта важно создать место, где каждый мог бы развлечься даже в эпоху безуглеродных выбросов, я решил, что мы должны использовать водородный двигатель.”

Вы правильно прочитали. Toyota представит свой хэтчбек Toyota Corolla Hatchback 2021 года в гонке Super Taikyu 24 Hour Endurance Series с 21 по 23 мая 2021 года. Пилоту Хироаки Исиура было дано время на трассе, чтобы он смог испытать свои силы.

Выиграет или проиграет; в этом мы болеем за Toyota. Пришло время вступить в бой с более чистым газовым двигателем, и вы получите весь звук и вибрацию обычного автомобиля, не сжигая ни капли ископаемого топлива.Поехали, Тойота!

Toyota создает первый в мире водородный гоночный автомобиль, предлагающий альтернативу электромобилям

За 24-часовую гонку Corolla с водородным двигателем проехала 358 кругов со средней скоростью 67 ... [+] км / ч.

Фотография любезно предоставлена ​​Toyota

Toyota, которая до сих пор сопротивлялась отраслевой тенденции внедрять электромобили, теперь рекламирует автомобили с водородным двигателем.В минувшие выходные в единственной в Японии гонке на целый день Fuji 24 Hours, крупнейший автопроизводитель Японии, участвовал в специально подготовленном гоночном автомобиле Corolla Sport с водородным двигателем, которым частично управляют генеральный директор компании и заядлый гонщик-любитель Акио Тойода и FIA World Endurance. Легенда чемпионата Камуи Кобаяши.

Причина? Toyota хочет использовать автоспорт для продвижения водорода как жизнеспособной альтернативы электромобилям. Toyota только что выпустила седан Mirai второго поколения на водородных топливных элементах, но это первый раз, когда компания участвует в гонках на водородном автомобиле.На данном этапе, вероятно, будет хорошей идеей быстро объяснить, что трансмиссии Mirai и гоночного автомобиля Corolla сильно отличаются. Mirai вырабатывает электричество для питания своих двигателей в результате химической реакции между водородом и кислородом, тогда как автомобили с водородным двигателем похожи на обычные автомобили с двигателем, за исключением того, что они сжигают водород вместо бензина.

Rookie Racing Corolla Sport, который сжигает сжатый водород для питания своего 1,6-литрового рядного 3-цилиндрового двигателя с турбонаддувом, проехал в общей сложности 358 кругов со средней скоростью 67 км / ч, что составляет менее половины круга, пройденного за победивший в гонках Nissan GT-R.

Fuji Speedway находится у подножия самой высокой горы Японии, горы Фудзи.

Фотография любезно предоставлена ​​Toyota

Toyota считает, что электромобили будут распространяться и получать общественное признание с течением времени по мере снижения цен и улучшения инфраструктуры, но она видит проблемы с производительностью аккумуляторных батарей и трудности с поиском материалов, необходимых для производства батарей для растущего числа электромобилей. Представив первый в мире гибридный автомобиль еще в 1997 году, Toyota считает, что гибриды предлагают лучший мост, чем электромобили, между автомобилями внутреннего сгорания и автомобилями на водородных топливных элементах.

Объясняя свои аргументы в пользу медленного внедрения компанией электромобилей, представитель компании в 2019 году упомянул, что Toyota способна производить достаточно аккумуляторов для 28000 электромобилей в год или 1,5 миллиона гибридных автомобилей. Еще один важный фактор - выбросы. Toyota заявляет, что продажа 1,5 миллиона гибридных автомобилей снижает выбросы углерода на треть больше, чем продажа 28 000 электромобилей. Проще говоря, его углеродный след будет меньше, если он будет продавать гораздо больше бензиново-электрических гибридных автомобилей.

Но насколько эффективен гоночный автомобиль с водородным двигателем? Услышав цифры, у меня больше вопросов, чем ответов. В гонке Fuji 24 Hour Corolla Sport компании Toyota Rookie Racing фактически провела на трассе всего 12 часов. Чтобы пополнить резервуары с водородом, ему пришлось сделать яму 35 раз, процесс, который в среднем занимал около семи минут, что в итоге дало 4 часа дозаправки. А по причинам логистики и безопасности огромные грузовики для заправки водородом пришлось припарковать в углу паддока на Fuji Speedway.Corolla также потеряла дополнительное время из-за проблем с механикой и техническим обслуживанием, что означало, что машина могла участвовать только в половине гонки.

В среднем Corolla находилась на водородной заправке 7 минут. И это было 35 раз ... [+] в течение 24-часовой гонки.

Фотография любезно предоставлена ​​Toyota

Но генеральный директор Toyota Акио Тойода с радостью объяснил, почему компания сделала редкую водородную экскурсию. «Поскольку он работает на водороде, он почти не выделяет CO2», - говорит он.«Мы хотели показать миру, как Япония может быть углеродно-нейтральной. И как мы можем извлечь выгоду из общества, работающего на водороде. С тех пор, как мы сделали это заявление, я, как председатель Ассоциации автопроизводителей Японии, просил японское правительство предпринять необходимые шаги и увеличить количество вариантов с нулевым выбросом углерода. Это потому, что, если все автомобили станут электрическими, в Японии будет потеряно один миллион рабочих мест ».

Сжигание водорода на самом деле имеет преимущества в том, что оно может помочь сохранить рабочие места при переходе от сегодняшней экономики к будущим технологиям будущего.Используя двигатель, работающий на водороде, вы не тратите лишних средств на разработку электродвигателя или высокотехнологичных аккумуляторов. Таким образом, это простое и понятное решение сложной проблемы. Ожидается, что автомобили с водородным двигателем будут дешевле нынешних гибридов.

Corolla пересекает финишную черту с GR Supra.

Фотография любезно предоставлена ​​Toyota

Конечно, одна из самых больших проблем с водородными автомобилями - это заправочная инфраструктура. Водород стоит дорого, и заправочные станции требуют значительных инвестиций.Между тем, у вас все еще есть дорогие бортовые резервуары для хранения водорода, для которых требуется высокотехнологичная технология намотки из углеродного волокна, чтобы максимизировать аспекты безопасности. И в конце концов, когда дело доходит до того, что водород продается в огромных масштабах для обеспечения власти завтрашнего общества, общественность должна быть убеждена в аспектах безопасности, связанных с хранением, транспортировкой и движением водорода и управлением ими.

Итак, судя по тому, что мы видели с автомобилем на топливных элементах Mirai и Corolla с водородным двигателем, водород действительно имеет определенные применения в будущем.