29Ноя

Авто на водороде: Водородные автомобили: ТОП-7 моделей на 2019 год

Содержание

Hyundai показал машины на водороде. Среди них спорткар и автономная фура :: Autonews

Компания Hyundai в ходе онлайн мероприятия раскрыла свои планы по развитию водородного транспорта. В концерне считают, что уже к 2030 цены на такие машины будут сопоставимы с электрокарами. Также корейцы представили сразу несколько прототипов на водородных топливных элементах.

Так, Hyundai продемонстрировал двухдверный спорткар под названием Vision FK. Автомобиль оборудовали водородной установкой мощностью 680 лошадиных сил. Разгон до сотни занимает у новинки менее четырех секунд. Запас хода у заднеприводного спорткара — 600 километров. Получит ли эта модель в будущем серийную версию пока неизвестно.

Еще одна новинка от корейцев — беспилотная фура для контейнерных перевозок под названием Trailer Drone. Новинка оборудована беспилотной системой управления и водородной силовой установкой. Причем количество баков с топливом подбирается индивидуально для каждого маршрута в зависимости от расстояния. Максимальный запас хода у такой фуры — более 1000 километров.

Кроме этого, на базе тележки автономной тележки под названием Fuel Cell e-Bogie Hyundai построил настоящий спасательный дрон. Управлять им можно дистанционно. Впрочем, также предусмотрен беспилотный режим, который особенно будет актуален в ходе спасательных операций или тушении пожаров. На одном заряде машина может приехать 450-500 километров. Благодаря особенностям конструкции Rescue Drone может разворачиваться на месте и двигаться по диагонали. Также машина оборудована специальной площадкой, на которой установлен летающий дрон.

Также для участия в спасательных операциях корейцы придумали электрокар-зарядную станцию. Необычная машина сможет подзаряжать другие транспортные средства в критических ситуациях в удаленных районах..

Автопроизводитель планирует в 2023 году представить систему топливных элементов нового поколения в вариантах мощности 100 кВт и 200 кВт. Она будет намного легче и эффективнее нынешней установки. На данный момент автопроизводитель уже ведет мелкосерийный выпуск кроссовера Nexo, электромоторы которого получают энергию в результате химической реакции водорода и кислорода. Единственным «выхлопом» подобных машин является обычный водяной пар. Корейцы уже ведут разработку кроссовера Nexo следующего поколения.

Ранее в Hyundai заявили, что собираются после 2035 года прекратить продавать в Европе автомобили с традиционными бензиновыми и дизельными двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Корейцы рассчитывают, что  до 2030 года 30% их мировых ежегодных продаж придется на автомобили с полностью электрическими силовыми установками. Через пять лет после этого Hyundai полностью уберет с европейского рынка машины с ДВС, а к 2040 году на всех ключевых рынках компания будет предлагать только электромобили. Выпуск машин с бензиновыми и дизельными моторами окончательно прекратится после 2045 года.

Autonews.ru теперь можно читать и в Telegram.

Автомобили на водородном топливе — в чем преимущество перед бензином и электричеством

Одним из источников топлива будущего считается водород. Какие преимущества использования водорода как топлива для автомобилей. Плюсы и минусы по сравнению с бензином и электричеством.

Достоинства водородного топлива

Скоро появится возможность использования водорода в качестве топлива для ДВС в составе гибридных двигателей, а к концу десятилетия, возможно, сможете купить автомобиль на так называемых топливных элементах, в котором нет ДВС. В качестве источника энергии в нем будет использоваться водород, который безопасен и экологичен: единственным выбросом в атмосферу будет водяной пар, а выхлопная труба автомобиля превратится в водосточную.

Водород — самый распространенный химический элемент: он содержится в воде, в нефти, в природном газе. Водород в газообразном состоянии крайне летуч, и годами это было большим барьером на пути водородной экономики.

Заправка автомобиля водородом будет быстрой и простой и отнимет столько же времени, как и заправка бензином. Эксперименты показали, что можно разбить емкость с водородом, уронить ее, проткнуть, бросить в огонь и даже взять в руки гибридный компаунд, находящийся внутри, — и все без вреда для человека и окружающей среды.

Какие уже есть машины

Самый первый серийный автомобиль на топливных элементах — это Toyota Mirai. Рассмотрим его принцип работы. Toyota Mirai — по сути, электромобиль. Электричество вырабатывается в блоке топливных элементов при взаимодействии кислорода и водорода. Электрический ток проходит через инвертор, где преобразуется из постоянного в переменный, а напряжение увеличивается до 650 В. Реакция происходит без процесса горения, а «выхлоп» — безвредный водяной пар.

Тяговый синхронный электродвигатель приводит в движение передние колеса. Питание — не только от топливных элементов, но и от никель-металл-гибридной батареей мощностью 21 кВт: она подпитывается при рекуперативном торможении и отдает энергию при резких ускорений.

Что мешает перейти на водородное топливо

Во-первых, психология автолюбителей. Мало кто согласится приобрести электромобиль, даже несмотря на то, что электродвигатель гораздо эффективнее, КПД выше (до 95% против 40-50% у ДВС). Что тут говорить, если даже к гибридным автомобилям у некоторых «специалистов» отношение снисходительное. Недостаточный спрос не позволяет развиваться этой отрасли автомобилестроения адекватными темпами.

Во-вторых, внедрение автомобилей на водороде требует создания инфраструктуры (заправки, автосервисы). Это требует колоссальных инвестиций. Хотя можно предположить что в долгосрочной перспективе все затраты окупятся. Например, в Германии 19 водородных заправок, а к 2023 году обещают свыше 400. Они будут построены также за счет авто производителей, которые инвестируют внушительную часть средств.

В-третьих, цена водородного топлива. В Германии один килограмм водорода стоит примерно 9,5 евро. И его хватает на 70-100 км пробега. Это ужасно дорого, почти в 2 раза дороже чем дизельное топливо или бензин. И еще надо учитывать стоимость автомобиля на водороде, его цена выше в 2 раза, чем на аналогичные бензиновые машины.

Автомобили на водороде

Автомобили на водороде

Efficient Dynamics – стратегия развития BMW, направленная на снижение расхода топлива и выбросов вредных

Автомобили на водороде

Toyota взяла твердый курс на водородные технологии. Глава корпорации Такеши Учиямада (Takeshi Uchiyamada) заявил,

Автомобили на водороде

В конце ХХ века многие поверили в то, что в скором времени на смену

Автомобили на водороде

26 февраля 2013 года произошло знаменательное событие – с конвейера завода Hyundai в Ульсане

Автомобили на водороде

Судя по всему, Мерседес всерьез взялся за водородные технологии. Для чего же еще был

Автомобили на водороде

Эта модель была удостоена престижного титула World Green Car of the year 2009. Тогда

Автомобили на водороде

Последние годы продемонстрировали быстрый рост рынка топливных элементов в глобальном масштабе, особенно в США,

Автомобили на водороде

Европа, Япония и США выразили твердое намерение развивать инфраструктуру для транспортных средств на топливных

Автомобили на водороде

В настоящее время многие технические вопросы по внедрению водородной энергетики решены. Все ведущие автомобильные

Автомобили на водороде

Топливная ячейка (Fuel Cell) – это устройство, превращающее химическую энергию в электрическую. Она похожа

Преимущества и недостатки автомобилей на водородном топливе

Преимущества автомобилей  на водородном топливе

  • Водород при горении в среде чистого кислорода не выделяет никаких загрязняющих веществ.
  • Массовое производство и использование водорода может облегчить проблемы, связанные с меняющимися ценами и перерывами в поставках обычных видов топлива.
  • Рост производства водорода мог бы, как дополнительный выигрыш, стимулировать рост поставок водорода для отопления домов и офисов.
  • Во многих странах, включая США, уже существуют сети трубопроводов для метана. Некоторые из них можно было бы адаптировать для прокачки водорода и доставки его к заправочным станциям.
  • Водород можно получать как в малых масштабах на местных предприятиях, так и массово на крупных централизованных производствах. Это способствует повышению безопасности цивилизованного мира благодаря распределению энергетических ресурсов и благ в его пределах.

Недостатки автомобилей  на водородном топливе
  • В горючей форме водород при комнатной температуре и нормальном давлении представляет собой газ. Это вызывает трудности при его хранении, переноске и перевозке. Особенно сложная проблема — это конструирование безопасных баллонов или других резервуаров для автомобилей на водородном топливе.
  • На момент написания этой книги водород не распространен широко на заправочных станциях в большинстве стран, включая США.
  • Баллоны с водородом требуют периодической проверки и сертификации. Это может выполняться только квалифицированным персоналом, имеющим лицензию.
  • На момент написания этой книги водород считается достаточно дорогим топливом, в основном из-за высокой стоимости процессов, необходимых для выделения его природных соединений — метана и воды.

Вопрос

Какое расстояние может преодолеть автомобиль на? водороде, полученном методом электролиза из 1 л воды?

Ответ

Автомобиль на водородном топливе, работающий с высокой эффективностью, может проехать то же расстояние на водороде, полученном из 1 л воды, что и обычный автомобиль тех же размеров на 1 л бензина.

Первый в России автомобиль на водородном топливе представят в Сколково

Новости > Хроника рынков НТИ > AutoNet

11.10.2019

На площадке форума «Открытые инновации» состоится презентация электрокара с водородными топливными элементами

В Центре компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии на базе Института проблем химической физики Российской академии наук, разработн водородный топливный элемент для легкового электроавтомобиля. Транспортное средство на водородном топливе будет представлено на форуме «Открытые инновации», который откроется 21 октября в Сколково, сообщает агентство ТАСС, со ссылкой на руководителя Центра компетенций НТИ Юрия Добровольского.

Специалисты Центра разработали энергоустановку, способную заряжать аккумулятор в процессе движения электроавтомобиля, а в будущем и машины на газовом топливе, продлевая длительность пробега.

«Время, на которое можно продлить длительность пробега, зависит от скорости потока и дорожных условий. Если автомобиль постоянно находится в движении, он потребляет энергию от аккумулятора, а значит его заряд восстанавливается медленнее. В условиях дорожной пробки будет сохранять заряд, а значит время работы увеличится. По нашим расчетам, пробег можно увеличить в 1,5-3 раза», – пояснил Юрий Добровольский.

Водородный топливный элемент потребляет 7 литров топлива в день, этого объема хватает на 500 км пробега. Для работы таких автомобилей потребуется сеть водородных заправочных станций, проект которой также разрабатывают в Центре компетенций НТИ. В случае, если водородные автомобили будут обслуживаться на газовых станциях заправки, стоимость водородного топлива будет сравнима с газом.

«Сейчас мы разрабатываем систему, при наличии газовых заправок в которой, стоимость водорода получается намного дешевле бензина и приближается к цене природного газа. Если водород привозится с завода в чистом виде, то он, конечно, будет дороже за счет множества лишних этапов транспортировки, но при встраивании водородной станции в систему газовой заправки, цена становится соизмеримой по стоимости с газом», – убежден Юрий Добровольский.

Партнером Центра компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии в проекте автомобиля на водородном топливе выступает компания «Электротранспортные технологии». Как сообщил ТАСС генеральный директор компании Антон Поппель, в перспективе силовая установка может использоваться для беспилотников.
«Есть планы по разработке решения для беспилотных грузовых платформ, которые также нуждаются в энергосистемах, способных снизить частоту заправки до минимума», – пояснил Антон Поппель.

Испытания легкового автомобиля с водородным топливным элементом на полигоне запланированы на февраль 2020 года, в мае разработчики протестируют установку для грузовиков. Статус предсерийного образца для первых коммерческих легковых электромобилей установка может получить уже летом 2020 года. Массовое внедрение технологии начнется только после создания инфраструктуры, считают авторы разработки.



Центр компетенций по технологиям новых и мобильных источников энергии – один из 14 центров компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ, проектный офис — Российская венчурная компания), которые созданы в России в рамках нацпроекта «Наука». Главная его задача — разработка технологии создания новых и портативных источников энергии. 

Форум «Открытые инновации» проводится ежегодно с 2012 года под эгидой правительства РФ и является площадкой для обсуждения проблем развития и коммерциализации новейших технологий, а также создания новых инструментов международного сотрудничества в этой сфере. В этом году он пройдет 21-23 октября в инновационном центре «Сколково». Темой форума станет «Цифровая нация. Трансфер к интеллектуальной экономике». Программа включает более 150 деловых сессий с участием экспертов из более 90 стран мира — ученых, инвесторов, предпринимателей, управленцев.

В организации форума принимают участие Министерство экономического развития РФ, правительство Москвы, Фонд «Сколково», Российская венчурная компания, Фонд инфраструктурных и образовательных программ, Фонд содействия инновациям, Государственная корпорация развития «ВЭБ.РФ».
 и др. ТАСС является информационным партнером форума.

#электротранспорт, #водородная энергетика

Электромобиль против водородного авто |Блог

Чем отличаются электрический и водородный автомобиль? Какую машину лучше выбрать, если Ты планируешь такую покупку в 2021 году

Мы уже рассказывали о завоевывающих в наше время все большую популярность электрических автомашинах – из нашей статьи 5 плюсов электромобилей. Стоит ли покупать? Ты узнаешь о преимуществах электромобилей в сравнении с простыми автомашинами, работающими на ископаемом топливе (бензине или дизельном топливе) или на сжиженном газе. На этот раз мы сравним электрический автомобиль с наиболее близким к нему в отношении принципов работы видом транспорта –водородным автомобилем, который, как и электромобиль, использует для своей работы электричество и не производит вредных выбросов. Однако между этими двумя видами транспорта есть и существенные различия, касающиеся как самих авто, так и вопросов инфраструктуры. Если Тебя интересует вопрос приобретения альтернативного транспорта в Латвии, читай дальше!

Виды и принцип действия

Электрический автомобиль

Существует три вида электрических автомобилей – чисто электрический автомобиль, гибридные авто и гибридные авто «plug-in». Чисто электрический автомобиль оснащен электромотором и литиево-ионным аккумулятором, который можно зарядить на заправочной станции или подключившись к электрической сети. Гибридные авто оснащены простым мотором, который предназначен для работы на бензине или дизельном топлива, аккумулятор гибридного авто заряжается только от работающего топливного мотора и регенерационного торможения. В свою очередь, в гибридных авто типа «plug-in» аккумулятор можно зарядить не только вышеназванными способами, но и от внешнего источника.

Пользователи выбирают различные электрические автомобили в основном по причинам экологического характера – электрические автомобили менее вредны для окружающей среды по сравнению с обычными машинами, выбросы которых существенно влияют на окружающую среду. В электрических автомобилях вместо ископаемого топлива или сжиженного газа используется электричество, благодаря чему в моторе не сжигается ископаемое топливо, в процессе сгорания которого и возникают выхлопные газы и другие вредные выбросы. Хотя в настоящий момент электрический автомобиль — не самое дешевое средство передвижения, его приобретение обеспечивает независимость от вечно меняющихся цен на топливо, да и стоимость электричества, естественно, намного ниже стоимости ископаемых видов топлива.

Водородный автомобиль

В настоящий момент во всем мире все более популярным становится использование технологии водородных ячеек (или элементов) для автомобилей. Водородный элемент в отношении его функциональности можно сравнить с аккумулятором, это электрохимическое устройство, в котором для получения электрического тока используется водород: при попадании водорода в топливную ячейку производится электричество, а с помощью электричества приводится в действие автомобиль. В противоположность аккумулятору водородная ячейка не может разрядиться, поэтому ее и невозможно зарядить, как аккумулятор.

Получение водорода без выбросов возможно только с помощью электролиза, что, в сравнении с батарейными технологиями, требует намного больше энергии, поэтому водород намного дороже электричества. Пока в водородную ячейку поставляется водород, она производит необходимое для работы автомобиля электричество. Как и электрический автомобиль, водородный автомобиль не вырабатывает вредные для окружающей среды выбросы. Обычно водородные автомобили оснащены батареями меньшего, чем в электрическом автомобили, объема – электрические автомобили оснащены батареями 40-100 kWh, а водородные – батареями мощностью 1-2 kWh.

Отличия в пользовании

Один из наиболее важных вопросов при приобретении альтернативного автомобиля, в котором не используется ископаемое топливо, это удобство его использования, и в основном это вопрос доступности станций подзарядки и скорости самой зарядки.

Зарядка электрического автомобиля, доступность станций подзарядки

Время, необходимое для зарядки электрического автомобиля, зависит от нескольких факторов: объема аккумулятора авто, конфигурации станции подзарядки и мощности доступного тока. Если для зарядки такой машины используется простая электрическая сеть, то процесс будет долгим, может потребоваться вплоть до 12 часов, в свою очередь, на публичных пунктах подзарядки мотор можно зарядить на 80% за 20-40 минут. Это конечно, намного быстрее, чем если заряжать машину от простой электрической розетки, но все равно намного больше того времени, чем может потребоваться, чтобы заправить машину бензином, дизельным топливом и даже сжиженным газом.

Важна также доступность публичных пунктов зарядки: в настоящий момент (март 2021 года) в Латвии есть 120 пункта быстрой подзарядки, что, конечно, пока не сравнимо с количеством обычных бензозаправок, особенно, если учитывать сравнительно небольшое расстояние, которое электрический автомобиль может преодолеть после очередной зарядки аккумулятора.

Подзарядка водородных автомобилей, ее доступность

Водородный автомобиль, в свою очередь, можно зарядить на специальных подзарядочных станциях, здесь весь процесс занимает всего 5 минут. Однако надо учитывать, что водородные станции отличаются – не на всех станциях водород содержится под достаточно высоким давлением, чтобы наполнить им полный водородный баллон. Необходимо давление минимум 375 бар, в противном случае за 5 минут можно наполнить только половину баллона, а вторая половина останется пустой.

В настоящий момент в Латвии есть только одна станция заправки водородом – она расположена в Риге, на Виенибас гатве 6. Станция начала работать в начале 2021 года. Произведенный там водород в основном используется для потребностей общественного транспорта – им заправляют 10 троллейбусов. В ближайшем будущем не планируется увеличивать количество заправочных станций. В противоположность электричеству, использование водорода для заправки автомобиля в домашних условиях сейчас реально невозможно: и хотя уже существуют устройства, которые могли бы помочь получить водород из природного газа, их цена и доступность не подходят для повседневного применения.

Какую машину выбрать

Водородные автомобили в среднем примерно в четыре раза дороже, чем электрические, кроме того, надо учитывать, что более широкое, по сравнению с водородными, распространение электрических автомобилей увеличивает вероятность приобретения подержанного электрического автомобиля по более выгодной цене. Комплектация и сборка водородного автомобиля более сложная, в результате чего его обслуживание также становится дороже, чем у электрического автомобиля.

Эффективность электрического автомобиля в примерно три раза более высокая, чем у водородного, более того, сама по себе эффективность водородного автомобиля довольно низкая, всего около 25-35%, в то время как эффективность электрического автомобиля составляет 70-90%. Водородный автомобиль потребляет в 2-3 раза больше электричества для преодоления того же расстояния, которое может преодолеть электрический автомобиль на аккумуляторе. Можно сделать вывод, что дружественный для окружающей среды способ получения необходимого для обеспечения работы водородного автомобиля электричества с помощью водорода на самом деле означает большие расходы и низкую эффективность. А если еще и принять во внимание, что в Латвии имеется только одна заправочная станция для заправки водородом, то станет понятно, что сегодня у нас практически нет возможности обслуживать водородный автомобиль.

Станции заправки водородом уже несколько лет работают в США, а это указывает на то, что со временем, с развитием инфраструктуры и снижением расходов, спрос на водородные автомобили может возрасти и в Латвии. 177 станций заправки водородом уже работают в Европе, большая их часть – 87 – находятся в Германии. Второе место по распространенности станций заправки водородом занимает Франция со своими 26 станциями, здесь планируется построить еще 34 станции.

Но в настоящее время продолжается победное шествие электрического автомобиля – эти машины предлагают своим пользователям дружественный окружающей среде способ передвижения, в Латвии есть достаточно много публичных пунктов зарядки, на которых электрический автомобиль можно зарядить сравнительно быстро. Электрические автомобили выгодны в содержании – у них сравнительно недорогое обслуживание (по сравнению с водородными и простыми автомобилями), кроме того, их владельцам предлагаются налоговые скидки и другие виды государственных компенсаций (как в Латвии, так и в других местах мира).

Полный список доступных в Латвии электрических автомобилей, который постоянно обновляется и в котором указываются цены машин и их спецификации, можно найти здесь. Доступность водородных автомобилей в Латвии и во всем мире намного ниже. В настоящий момент самый дешевый водородный автомобиль в мире – это Toyota Mirai, она стоит примерно 80 000 долларов. Сейчас в Латвии такой автомобиль купить нельзя.

Эту и другие интересные и полезные статьи об актуальных событиях и всегда важных темах предлагает предприятие Incredit. Если Ты планируешь инвестировать в электрический автомобиль, то в случае необходимости Ты можешь получить часть суммы в качестве потребительского кредита из списка услуг предприятия Incredit.

Источники фото: www.unsplash.com www.pexels.com

Водородный беспилотный автомобиль появится на улицах Эстонии

Auve Tech

Водородный беспилотный автомобиль компании Auve Tech появится на улицах Эстонии.  Как сообщает ERR News, эстонский департамент шоссейных дорог разрешил машине ездить по общественным дорогам с пятого июля.

Водородные машины сегодня разрабатывают в разных вариациях: есть и внедорожники, и легкие автомобили, и грузовики. Их колеса вращаются от электромоторов, как и у электромобилей. Но электричество они получают, на ходу соединяя водород с кислородом. Хотя электрические автомобили более популярны среди производителей, у водородных тоже есть свои преимущества. Например, они быстрее заправляются и больше подходят для дальних перевозок.

Auve Tech начала разрабатывать беспилотный автомобиль на водородных топливных элементах в феврале прошлого года вместе с Тартуским университетом. За три года до этого компания создала восьмиместный беспилотный электробус Iseauto, который зимой 2021 появился на улицах Греции.

Водородный беспилотный автомобиль начнет ездить в Эстонии с пятого июля. С этого момента вступит в силу разрешение эстонского департамента шоссейных дорог на поездки по общественным дорогам. Автомобиль представляет собой шестиместный шаттл. Он автономный, но может управляться дистанционно. Других деталей о  водородном беспилотном шаттле не приводятся. Его впервые покажут 5 июля в Тарту.

Водородными могут быть не только машины, но и мотоциклы. Ранее мы писали про компанию Segway-Ninebot, которая планирует начать его производить в 2023 году.

Василиса Чернявцева

Что такое водородный автомобиль и как он работает?

Водородные автомобили используют водородное топливо в качестве источника энергии. Хотя эта технология используется для ракет и других транспортных средств, в будущем она, похоже, окажет наибольшее влияние на автомобили.

Химическая энергия водорода преобразуется в механическую энергию посредством REDOX-реакции (восстановления/окисления) между водородом и кислородом в специально разработанном топливном элементе.

Производство водорода

Поскольку водород не содержится в резервуарах или природных месторождениях, как в случае с ископаемым топливом, его необходимо производить из природного газа или биомассы или подвергать электролизу воды.Одним из преимуществ водородной энергетики является снижение выбросов парниковых газов, особенно когда газ производится с использованием возобновляемой электроэнергии для преобразования воды в водород.

Хотя водород можно производить из ископаемого топлива, такого как природный газ, это приводит к выбросам парниковых газов, тем самым устраняя или сводя к минимуму экологические преимущества. Таким образом, возобновляемые источники энергии кажутся ответом, например, в Исландии, где геотермальная энергия используется для производства водорода, или в Дании, где используется энергия ветра.

Как работают водородные топливные элементы?

Водородный топливный элемент преобразует потенциальную химическую энергию в электрическую с помощью протонообменной мембраны (PEM), которая использует газообразный водород (h3) и кислород (O2). Однако, поскольку кислород легко доступен в атмосфере, топливный элемент необходимо снабжать только водородом, необходимым для питания транспортного средства.

Водородные топливные элементы состоят из отрицательно заряженного катода и положительно заряженного анода, контактирующих с электролитом.Электролит представляет собой протонообменную мембрану, специально обработанный материал. Газообразный водород поступает в топливный элемент со стороны анода и под давлением проходит через катализатор. ФЭУ проводит только положительно заряженные ионы, блокируя электроны. Анод проводит электроны, освободившиеся от молекул водорода, через внешнюю цепь. Эти электроны обеспечивают мощность для привода электродвигателя, лампочек и так далее.

Тем временем кислород проталкивается через катализатор со стороны катода, где отрицательный заряд атомов притягивает атомы водорода, протолкнувшиеся через внешнюю цепь, до того, как ионы водорода и кислород рекомбинируют с образованием воды.

Следующее уравнение водородного топливного элемента показывает процесс:

О 2 + 4Н + + 4е → 2Н 2 О

2H 2 → 4H + + 4e

2H 2 + O 2 → 2H 2 O (чистая реакция)

Водородные топливные элементы различаются и используют разные материалы для катализатора, в основном наночастицы платины. Эти наночастицы обращены к ПОМ, а катализатор является шероховатым и пористым, чтобы подвергать максимальную площадь поверхности воздействию водорода или кислорода.

Топливные элементы укладываются в стопки. Стеки встроены в модуль, включающий аппаратное и программное обеспечение управления топливом, водой и воздухом, а также управление охлаждающей жидкостью.

Преимущества и недостатки водородных топливных элементов

Водородные топливные элементы имеют как преимущества, так и недостатки по сравнению с традиционными двигателями. Топливные элементы не только более надежны из-за отсутствия движущихся частей, но и более эффективны. Эта большая эффективность связана с тем, что химическая потенциальная энергия преобразуется непосредственно в электрическую энергию, а не сначала преобразуется в тепло, а затем снова для механической работы, что известно как «тепловое узкое место».Выбросы выхлопных газов или выхлопных газов электромобилей на водородных топливных элементах (FCEV) также чище, чем у традиционных двигателей внутреннего сгорания, поскольку они выделяют только воду и некоторое количество тепла, а не множество парниковых газов, связанных с традиционными двигателями внутреннего сгорания.

Однако с водородными топливными элементами связан ряд проблем, в том числе высокая стоимость производства. Это в первую очередь связано с расходом редких веществ, таких как платина, необходимых для катализатора.Самые ранние конструкции топливных элементов также плохо работали при низких температурах, но более поздние модификации технологии позволили решить эту проблему. Срок службы топливных элементов также теперь сравним со сроком службы других транспортных средств: ожидается, что PEM прослужит 7300 часов в условиях езды на велосипеде.

Прочтите наше полное руководство о плюсах и минусах водородных топливных элементов здесь

Хранилище водорода

Высказывались опасения по поводу хранения водорода в самих автомобилях.После закачки в автомобиль газ хранится в баллоне высокого давления, что заставляет некоторых беспокоиться о безопасности хранения легковоспламеняющегося газа в автомобиле. Тем не менее, все автомобили на рынке должны пройти строгие тесты на безопасность.

Что касается транспорта, были проведены исследования, связанные с использованием борана аммиака, соединения для хранения водорода, из которого водород можно отделить с помощью мембраны. Это дает преимущества при транспортировке, поскольку аммиак легче безопасно хранить в цистернах, чем чистый водород.

Помимо топливных баков транспортных средств и транспортных проблем, водород необходимо хранить на водородных заправочных станциях. Низкая энергия воспламенения в сочетании с высокой энергией сгорания водорода, а также тот факт, что газ имеет тенденцию к утечке из резервуаров, привели к взрывам на водородных заправочных станциях. Опять же, это очевидный фактор, который необходимо учитывать до широкого использования водородных транспортных средств.

Водородная инфраструктура

Чтобы сделать автомобили на водородных топливных элементах транспортом будущего, необходимо улучшить инфраструктуру вокруг транспортных средств.Это потребует увеличения количества водородных заправочных станций по всему миру и в Великобритании, которые должны будут снабжаться прицепами со сжатым водородом, автоцистернами с жидким водородом, водородными трубопроводами или, в качестве альтернативы, использовать какую-либо форму специального производства на месте. Создание этой инфраструктуры, соответствующей потребностям потребителя, может оказаться дорогостоящим, даже несмотря на то, что некоторые предлагают создание домашних водородных заправочных станций.

Нормы и стандарты

Еще одним фактором, который может задержать широкое использование водорода, являются необходимые нормы и стандарты безопасности и хранения газа.Их необходимо будет разработать для различных водородных электромобилей в разных странах.

Стоимость автомобиля и производство

Автомобили с водородным двигателем в настоящее время дороги для покупки, и первыми из них, появившимися на рынке, являются Toyota Mirai, Hyundai Nexo и Honda Clarity. Мало того, что текущие затраты могут превысить начальную цену в размере около 50 000 фунтов стерлингов, темпы производства этих автомобилей все еще относительно низкие, что означает потенциально длительное ожидание после размещения заказа на автомобиль.Однако по мере того, как все больше компаний стремятся выйти на рынок автомобилей на водородных топливных элементах, цены со временем должны начать падать, как это происходит с большинством новых технологий.

Какие плюсы и минусы?

Плюсы:

  • Более дешевый налог
    Подобно автомобилям с электрическим приводом и подключаемым гибридам, автомобили на водородных топливных элементах относятся к «автомобилям со сверхнизким уровнем выбросов», что означает, что они относятся к группе с низким уровнем налогообложения. Кроме того, отсутствие выбросов CO2 означает, что владельцам не придется платить акцизный сбор на транспортное средство (дорожный налог), за исключением небольшой ежегодной надбавки за автомобили стоимостью более 40 000 фунтов стерлингов в течение первых пяти лет.
  • Плата за въезд
    Тем, кто едет в центр Лондона или в другие районы с платой за въезд, не придется платить, если они управляют автомобилем на топливных элементах.
  • Окружающая среда
    Как уже упоминалось, отсутствие вредных выбросов означает, что автомобили на водородных топливных элементах бережнее относятся к окружающей среде. Это преимущество необходимо квалифицировать в зависимости от того, как производится водород, при этом возобновляемые источники энергии являются наиболее благоприятными. Однако даже в тех случаях, когда ископаемое топливо используется для производства водорода, оно производит меньше вредных выбросов, чем сжигание бензина или дизельного топлива.Кроме того, водородные автомобили позволяют избежать экологических проблем, связанных с добычей бензина или дизельного топлива для традиционных двигателей внутреннего сгорания.
  • Диапазон
    Беспокойство по поводу запаса хода стало фактором для электромобилей, даже с новыми технологиями, позволяющими значительно сократить время зарядки. Однако вряд ли это будет проблемой для водородных автомобилей, которые могут проехать 300 миль на одном баке.

Минусы:

  • Заправка
    Поскольку в настоящее время существует очень мало водородных заправочных станций, заправка вашего автомобиля сейчас является реальной проблемой.Тем не менее, правительство Великобритании создало многомиллионный фонд для улучшения заправочной инфраструктуры для поддержки новой технологии, а это означает, что заправка не должна быть такой проблемой в будущем.
  • Эксплуатационные расходы
    Помимо поиска мест для заправки, есть также проблемы с расходами на топливо. Поскольку водород в настоящее время дороже бензина или дизельного топлива, эксплуатация водородного автомобиля может ударить по карману потребителей, по крайней мере, на данный момент.
  • Топливные баки
    Как упоминалось в разделе о хранении водорода (выше), есть некоторые опасения по поводу безопасности движения с баком, полным легковоспламеняющегося газообразного водорода.Хотя он легко воспламеняется, то же касается и бензина, а резервуары, используемые для водорода, спроектированы так, чтобы быть особенно прочными. Хотя это увеличивает вес и стоимость транспортных средств, они должны соответствовать стандартам безопасности, прежде чем станут коммерчески доступными, а это означает, что это не должно быть проблемой.

Усовершенствования технологии и инфраструктуры водородных транспортных средств

Многие предполагаемые недостатки автомобилей на водороде можно устранить за счет инвестиций в инфраструктуру и технологии.Специализированные заправочные станции для водорода стоят дороже, чем внедрение зарядных станций для электромобилей, и, если потребление водородных транспортных средств не увеличится, эти инвестиции вряд ли будут продвигаться. Это создает что-то вроде ситуации «Уловка-22», когда инфраструктура необходима для поддержки освоения водородных транспортных средств, но без освоения водородных транспортных средств потребность в инфраструктуре может быть отброшена за ненадобностью. Тем не менее, правительство Великобритании и ЕС уже поддерживают стремление увеличить количество доступных водородных заправочных станций.

Технологии, управляющие самими транспортными средствами, также со временем будут совершенствоваться, и эта технология также должна стать дешевле по мере увеличения запаса хода для водородных автомобилей. Более низкие затраты, повышенная эффективность и более развитая вспомогательная инфраструктура будут способствовать повышению доверия потребителей и росту популярности водородных автомобилей в будущем.

Различия между автомобилями на топливных элементах и ​​электромобилями

В то время как традиционный двигатель внутреннего сгорания, похоже, уйдет в прошлое, автомобили на водородных топливных элементах сталкиваются с жесткой конкуренцией со стороны других электромобилей.

В то время как как аккумуляторные электромобили, так и автомобили на водородных топливных элементах обеспечивают вождение без вредных выбросов, автомобили с батарейным питанием могут использовать существующую инфраструктуру для подзарядки, хотя они должны быть подключены к сети в течение более длительного периода времени и по-прежнему вызывают вопросы относительно диапазона.

Вопрос в том, какая технология может решить их конкретные проблемы, чтобы стать предпочтительным видом транспорта в будущем.

Часто задаваемые вопросы

Безопасны ли водородные автомобили?

Автомобили на водородных топливных элементах так же безопасны, как и обычные автомобили, если не безопаснее! Водород — это чистый источник энергии, который составляет 70% всей материи во Вселенной.Хотя обращаться с ним безопаснее, чем с бензином или дизельным топливом, высокая горючесть водорода вызывает некоторые опасения.

Однако, поскольку водород легче воздуха, это не является реальной проблемой, если водород сможет выйти в атмосферу. Вместо того, чтобы оставаться на месте и гореть, как жидкое топливо, водород будет быстро подниматься в воздух, прежде чем он сможет воспламениться в любом количестве.

Будущее за водородными автомобилями?

По мере того, как мы отказываемся от использования ископаемого топлива, чистый водород может стать частью ряда источников энергии для транспортных средств, наряду с биотопливом, гибридными технологиями, автомобильным газом и многим другим.

Тем не менее, чистый водород выглядит многообещающим топливом будущего для всего, от автомобилей до самолетов, дальнемагистральных грузовых перевозок, производства стали и домашнего отопления!

Водородные автомобили лучше электрических?

Автомобили на водороде предлагают многие из тех же преимуществ, что и электромобили (EV), например, отсутствие загрязняющих выбросов. Тем не менее, водородные автомобили также имеют некоторые преимущества перед их электрическими собратьями, поскольку они намного быстрее заправляются и в настоящее время предлагают больший запас хода, чем электромобили.

Смогут ли водородные автомобили заменить электрические?

Основным препятствием для внедрения водородных автомобилей является поддерживающая инфраструктура. Без большого количества доступных мест для заправки, как в случае с заправочными станциями, трудно рассматривать водородные автомобили в качестве альтернативы электромобилям, которые уже имеют большую заправочную инфраструктуру.

Однако есть прогноз, что водород будет использоваться для грузовых автомобилей, автобусов и железных дорог, а также для судоходства и авиации.По мере увеличения этого использования будет развиваться и поддерживающая инфраструктура, что позволит водородным автомобилям стать все более жизнеспособным вариантом и, вполне возможно, заменить электрические.

Являются ли автомобили на водороде безопасными для окружающей среды?

Автомобили на водороде полезны для окружающей среды, поскольку они не производят таких же выбросов, как бензиновые или дизельные автомобили. Автомобили на водородных топливных элементах выделяют только воду (H 2 O) и теплый воздух.

Однако это еще не все, поскольку производство водорода играет большую роль в том, насколько экологически чистым является автомобиль.Если водород производится путем электролиза с использованием электричества из возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра, то этот «зеленый водород» совершенно чист и безвреден для окружающей среды.

По сравнению с использованием ископаемого топлива, водородные автомобили, использующие зеленый водород, безусловно, полезны для окружающей среды.

Могут ли водородные автомобили работать на воде?

Водородные автомобили, по сути, работают на воде, если водород производится электролизом. Здесь электричество используется для расщепления воды на водород и кислород.

Теоретически это можно сделать внутри автомобиля, используя электричество из электрической системы автомобиля для электролиза воды, содержащейся в баке, для создания газообразной смеси водорода и кислорода.

Однако в настоящее время лучше производить водород в больших масштабах, а затем транспортировать и хранить его либо под давлением, либо в виде жидкости при экстремально низких температурах.

Как заправлять водородные автомобили?

Автомобили на водороде заправляются почти так же, как бензиновые или дизельные автомобили.Вместо того, чтобы перезаряжать аккумулятор, как в случае с электромобилями, водородные автомобили могут подключаться к насосу, чтобы заполнить их баки газообразным водородом. Заправка водородного автомобиля также намного быстрее, чем перезарядка аккумуляторов: для пополнения бака требуется около 3-5 минут.

Где заправлять водородные автомобили?

Автомобили с водородом необходимо заправлять на водородных заправочных станциях (HRS), которые могут закачивать водород под давлением в автомобиль почти так же, как при заправке бензином или дизельным топливом.

В настоящее время во всем мире не хватает HRS, но с развитием транспортной и складской инфраструктуры они могут стать таким же обычным явлением, как сегодняшние заправочные станции.

Как водородные автомобили хранят водород?

Водород может храниться как в газообразном, так и в жидком виде. Хранение газа обычно используется в водородных автомобилях с использованием резервуаров высокого давления с давлением в резервуаре 350–700 бар (5 000–10 000 фунтов на квадратный дюйм).

Toyota Mirai, например, хранит сжатое водородное топливо в трех армированных углеродным волокном баках высокого давления на 10 000 фунтов на квадратный дюйм; один в центре автомобиля, один под задним сиденьем и один под аккумуляторным отсеком.

Сколько стоит запустить водородный автомобиль?

Стоимость эксплуатации водородного автомобиля по-прежнему сравнительно высока.По состоянию на июнь 2021 года в США он стоил около 16 долларов за килограмм водорода, а это означает, что заполнение 5-килограммового бака, позволяющего проехать 500 км, будет стоить 105 долларов.

По мере ввода в эксплуатацию большего количества водородных транспортных средств и улучшения водородной инфраструктуры эти затраты должны снижаться.

Быстры ли автомобили на водороде?

Как и в случае с любым другим автомобилем, некоторые водородные автомобили быстрее других. Например, Toyota Mirai разгоняется до 60 миль в час за 9,1 секунды, а вот h3 Speed ​​может разогнаться до тех же скоростей всего за 3.4 секунды. Кроме того, h3 Speed ​​может развивать максимальную скорость 186 миль в час (299 км/ч), демонстрируя, что водородные автомобили способны двигаться быстро.

Автомобили на водороде не смогут обогнать электромобили, потому что им мешают законы науки

Водород уже давно рекламируется как будущее для легковых автомобилей. Электромобиль на водородных топливных элементах (FCEV), который просто работает на водороде под давлением с заправочной станции, не производит выбросов углерода в выхлопных газах. Он может быть заполнен так же быстро, как и бензиновый эквивалент, и обеспечивает такое же расстояние, что и бензин.У него есть мощная поддержка: например, Toyota выпустит Mirai второго поколения в конце 2020 года.

Канадская ассоциация водородных и топливных элементов недавно выпустила отчет, в котором превозносятся водородные автомобили. Среди прочего, говорится, что углеродный след на порядок лучше, чем у электромобилей: 2,7 г углекислого газа на километр по сравнению с 20,9 г.

Тем не менее, я считаю, что водородные топливные элементы — это ущербная концепция. Я действительно думаю, что водород сыграет важную роль в достижении нулевых выбросов углерода, заменив природный газ в промышленном и бытовом отоплении.Но я изо всех сил пытаюсь понять, как водород может конкурировать с электромобилями, и это мнение было подкреплено двумя недавними заявлениями

.

В отчете BloombergNEF сделан вывод:

Большая часть рынка автомобилей, автобусов и легких грузовиков, похоже, собирается внедрить [батарейную электрическую технологию], которая является более дешевым решением, чем топливные элементы.

Тем временем Volkswagen

сделал заявление, сравнивая энергоэффективность технологий. «Вывод ясен», — заявили в компании.«В случае с легковым автомобилем все говорит в пользу аккумулятора и практически ничего не говорит в пользу водорода».

Проблема эффективности водорода

Причина, по которой водород неэффективен, заключается в том, что энергия должна передаваться от провода к газу и к проводу, чтобы привести автомобиль в действие. Это иногда называют переходом вектора энергии.

Возьмем 100 ватт электроэнергии, произведенной возобновляемым источником, например ветряной турбиной. Для питания FCEV эта энергия должна быть преобразована в водород, возможно, путем пропускания его через воду (процесс электролиза).Это около 75% энергоэффективности, поэтому около четверти электроэнергии автоматически теряется.

Произведенный водород должен быть сжат, охлажден и транспортирован на водородную станцию, процесс с эффективностью около 90%. Оказавшись внутри автомобиля, водород должен быть преобразован в электричество с эффективностью 60%. Наконец, электричество, используемое в двигателе для движения автомобиля, имеет КПД около 95%. В совокупности используется только 38% исходной электроэнергии — 38 Вт из 100.

В электромобилях энергия передается по проводам на всем пути от источника до автомобиля. Те же 100 ватт мощности от той же турбины теряют около 5% КПД при переходе по сети (в случае с водородом я предполагаю, что преобразование происходит на месте на ветряной электростанции).

Энергоэффективность электромобилей.

Вы теряете еще 10% энергии при зарядке и разрядке литий-ионной батареи, а также еще 5% при использовании электричества для движения автомобиля.Таким образом, вы снизили мощность до 80 Вт, как показано на рисунке напротив.

Другими словами, водородный топливный элемент требует вдвое больше энергии. Цитируя BMW: «Поэтому общая эффективность в энергетической цепи «от мощности к транспортному средству» составляет лишь половину уровня [электромобиля]».

Магазины обмена

На дорогах ездит около 5 миллионов электромобилей, и продажи сильно растут. Это в лучшем случае лишь около 0,5% от общемирового объема, хотя все еще в другой лиге по сравнению с водородом, который к концу 2019 года продал около 7500 автомобилей по всему миру.

У водорода по-прежнему очень мало заправочных станций, и их строительство вряд ли станет приоритетом во время пандемии коронавируса, однако энтузиасты на более долгосрочную перспективу указывают на несколько преимуществ перед электромобилями: водители могут заправляться намного быстрее и проехать гораздо больше на одном «баке». ». Как и я, многие люди по-прежнему неохотно покупают электромобиль по этим причинам.

Китай, где объем продаж электромобилей превышает один миллион в год, демонстрирует, как можно решить эти проблемы.Инфраструктура строится для того, чтобы владельцы могли быстро заехать на площадку и заменить аккумуляторы. NIO, шанхайский производитель автомобилей, заявляет, что на этих станциях время замены составляет три минуты.

Китай планирует построить их большое количество. BJEV, дочерняя компания производителя электромобилей BAIC, инвестирует 1,3 миллиарда евро (1,2 миллиарда фунтов стерлингов) в строительство 3000 станций зарядки аккумуляторов по всей стране в ближайшие пару лет.

Это не только ответ на «беспокойство» потенциальных владельцев электромобилей, но и их высокая стоимость. Аккумуляторы составляют около 25% средней цены продажи электромобилей, что все же несколько выше, чем у бензиновых или дизельных эквивалентов.

Используя концепцию подкачки, аккумулятор можно было арендовать, при этом часть стоимости подкачки представляла собой плату за аренду. Это снизит стоимость покупки и повысит заинтересованность населения. Сменные батареи также можно заряжать, используя избыточную возобновляемую электроэнергию, что является огромным плюсом для окружающей среды.

Следует признать, что эта концепция потребует определенной степени стандартизации аккумуляторной технологии, что может не понравиться европейским производителям автомобилей. Тот факт, что аккумуляторная технология вскоре позволит проехать миллион миль, может сделать бизнес-модель более привлекательной.

Это может не работать с более тяжелыми транспортными средствами, такими как фургоны или грузовики, так как им нужны очень большие батареи. Здесь водород действительно может выйти на первое место, как и предсказывал BloombergNEF в своем недавнем отчете.

Наконец, несколько слов о заявлениях о выбросах углерода из доклада Канадской ассоциации производителей водорода и топливных элементов, о котором я упоминал ранее. Я проверил источник статистики, который показал, что они сравнивали водород, полученный исключительно из возобновляемой электроэнергии, с электромобилями, работающими на электричестве из ископаемого топлива.

Если бы оба заряжались с использованием возобновляемой электроэнергии, углеродный след был бы одинаковым. Первоначальный отчет был профинансирован отраслевым консорциумом h3 Mobility, так что это хороший пример необходимости быть осторожным с информацией в этой области.

Что эффективнее? Водород или аккумулятор?

Но есть и эмоциональные проблемы: Страх перед дальностью действия и быстрая зарядка. Авторы исследования убеждены, что обе эти проблемы будут решены и больше не будут сдерживать распространение электромобилей на фазе вытягивания с 2023/2025 гг. Диапазоны будут увеличиваться, больше точек зарядки, в том числе точек быстрой зарядки, сведет к минимуму страх оказаться в затруднительном положении. Наконец, есть дискуссия о фактической экономии CO 2 : поскольку электричество, используемое для производства электромобилей, все еще «грязное», по крайней мере, не везде экологически чистое, электромобиль сегодня имеет сравнительно большой «рюкзак», когда он производится.Исследования подсчитали, что он экономит больше CO 2 , чем двигатель внутреннего сгорания только после более чем 100 000 километров пробега (производство и эксплуатация). Согласно исследованию, это тоже изменится в пользу электромобилей в течение следующих нескольких лет: больше «зеленой» электроэнергии при производстве электромобилей и аккумуляторов постепенно сделает этот «первоначальный рюкзак» меньше, а электромобиль будет экономить больше. CO 2 , быстрее. Компания Horváth & Partners также столкнулась с критикой многих сторонников водорода за то, что следует принимать во внимание так называемое темное затишье в работе батареи.Темное затишье означает время, когда электричество не может быть выработано из-за темноты и/или штиля. Для этого к соответствующей дополнительной потребности добавлялась первичная потребность батареи в энергии.

Остается самая интересная часть исследования: какая энергия имеет наибольшую эффективность и является наиболее рентабельной для вождения электромобилей? Аккумулятор или водород?
В электромобилях с батарейным питанием только восемь процентов энергии теряется во время транспортировки, прежде чем электричество накапливается в батареях транспортных средств.Когда электрическая энергия, используемая для привода электродвигателя, преобразуется, теряется еще 18 процентов. Это дает электромобилю с батарейным питанием уровень эффективности от 70 до 80 процентов, в зависимости от модели.

У электромобиля, работающего на водороде, потери значительно больше: 45 процентов энергии уже теряется при производстве водорода путем электролиза. Из оставшихся 55 процентов исходной энергии еще 55 процентов теряются при преобразовании водорода в электричество в автомобиле.Это означает, что электромобиль с водородным двигателем достигает КПД только от 25 до 35 процентов, в зависимости от модели. Для полноты картины: при сжигании альтернативных видов топлива эффективность еще хуже: всего 10-20 процентов общей эффективности.

«В дополнение к очень реальному потенциалу зеленого водорода в настоящее время существует опасная шумиха», — предупреждают эксперты из консалтинговой компании Boston Consulting Group (BCG) в новом исследовании, цитируемом Handelsblatt. К таким же выводам приходит и исследование Horváth&/Partners.

Авторы исследования пришли к выводу, что вместо того, чтобы тратить миллиарды на видение водородного общества, инвестиции в эту многообещающую технологию должны быть сосредоточены на приложениях, в которых они также имеют экономический смысл. «Мы считаем, что существует большой потенциал, если зеленый водород будет продвигаться в приложениях, в которых он действительно может закрепиться в долгосрочной перспективе. Прежде всего в промышленности, а также в сфере тяжелых грузов, воздушных и морских перевозок», — говорит Франк Клоуз, соавтор исследования.

Вывод ясен: электромобили на топливных элементах имеют множество преимуществ (дальность пробега, быстрая заправка, отсутствие тяжелой батареи на борту), но один решающий недостаток: они сравнительно неэффективны — как с точки зрения экономичности, так и с точки зрения стоимости.«Ни одна устойчивая экономика не может позволить себе использовать в два раза больше возобновляемой энергии для автомобилей на топливных элементах вместо автомобилей с батарейным питанием», — говорит руководитель исследования Дитмар Фоггенрайтер. Водород можно было использовать только в нишах, в грузовиках и автобусах и на больших расстояниях. Решающую роль здесь играют вес батареи, запас хода и время заправки. Она чрезвычайно возрастает с ростом емкости, что делает аккумуляторы неинтересными даже для грузовых автомобилей. Кроме того, существующие заправочные станции для грузовиков могут быть преобразованы в сеть водородных заправочных станций с управляемыми усилиями из-за их меньшего количества.

И что от этого выигрывает потребитель? Ясно одно: электромобили с водородным двигателем будут становиться все более дорогими в эксплуатации, чем автомобили с батарейным питанием, не только с точки зрения покупки, но и с точки зрения эксплуатации. Двойная потребность в первичной энергии для транспортных средств с водородным двигателем по сравнению с транспортными средствами с батарейным питанием отразится на потребительских ценах. Водители уже платят от девяти до двенадцати евро за 100 километров за автомобили с водородным двигателем, но только от двух до семи евро за 100 километров (в зависимости от цен на электроэнергию в отдельных странах) за электромобили с батарейным питанием, в зависимости от индивидуальных особенностей. привычки передвижения.

Это должно прояснить, что большинство потребителей будет покупать в будущем….

Компания

Horváth & Partners даже приняла к сведению критику многих сторонников водорода о том, что следует принимать во внимание так называемый период темного затишья. Темное затишье означает время, когда электричество не может быть выработано из-за темноты и/или безветренных условий. Для этого к соответствующей дополнительной потребности добавлялась первичная потребность батареи в энергии.

Почему автомобили на водородных топливных элементах не могут конкурировать с электромобилями

Я считаю Закари Шахана предвзятым.Он заявил, что у него есть акции Tesla, и это влияет на его суждения.

Некоторые его высказывания смешны:

1. Вы не можете заправиться, как бензином или дизельным топливом. На самом деле довольно смешно, как трудно заправить автомобиль, работающий на ГФУ.

Ответ: Водородом легко заправиться (3-5 минут).

2. Вы не проедете и 100 миль на современных баках с водородом, которые все еще безопасно возить с собой в машине.

Ответ: Honda, Toyota и Hyundai имеют подтвержденный EPA диапазон пробега 420-590 км (263-366 миль).

3. Топливные элементы безумно быстро изнашиваются и плохо регенерируются.

Ответ: Большинство современных автомобильных топливных элементов имеют срок службы более 10 000 часов. В зависимости от использования, это составляет 5-10 лет.

4. Водород как топливо невероятно сложно производить и распространять с приемлемо низкими потерями

Ответ: Электролиз является стандартной процедурой с эффективностью около 70%.

5. Водородные топливные элементы имеют плохой теоретический и практический КПД

Ответ: Топливные элементы имеют КПД 60-70% как в теории, так и на практике.

6. Хранение водорода неэффективно энергетически, объемно и по весу.

Ответ, Да, он более громоздкий, чем бензин. Но менее громоздкий и тяжелый, чем батареи. Гравиметрическая энергетическая плотность самая высокая среди всех видов топлива; 33 кВтч/кг, из которых может быть использовано около 20 кВтч.

7. Для ГФУ требуется куча вспомогательных систем, что делает их гораздо более сложными и подверженными отказам, чем двигатели внутреннего сгорания или электрические двигатели.

Ответ: Просто неправильно, системы FC известны своей надежностью и надежностью.

8. Отсутствует инфраструктура для распределения или даже производства водорода в больших количествах. Не будет по крайней мере 20 или 30 лет, даже если мы сегодня начнем строить как сумасшедшие.

Ответ: Правда, водородных заправок мало. Но сегодня по всему миру насчитывается более 700 станций. В Дании уже есть общенациональная сеть станций h3.

9. На самом деле водород довольно сложно получить. В результате он имеет ужасную эффективность.
Ответ: КПД колеса от скважины до 45-49%.Сравните с двигателем внутреннего сгорания 20-40% и аккумуляторной системой 80-85%. Это не так хорошо, как EV, но не ужасно.

10. Простые способы получения большого количества водорода не «чище» бензина.

Ответ: Электролитически произведенный h3 не содержит ископаемого топлива, как и используемое электричество. Его легко производить.

11. Эффективные ГФУ имеют очень медленное время отклика, а это означает, что вам снова нужны дополнительные системы для хранения энергии для ускорения

Ответ: FCEV имеют приличный крутящий момент.В чем проблема?

12. Несмотря на то, что автомобиль с двигателем HFC по сути является электромобилем, вы не получаете никаких преимуществ, таких как заправка его собственным источником энергии, использование его в качестве буфера интеллектуальной сети, регенерация энергии во время торможения и т. д.

Ответ: Некоторые FCEV имеют рекуперативное торможение. FCEV можно использовать для резервного копирования сети. Тем не менее, желательны гибриды с водородно-электрическими плагинами.

13. Аккумуляторные электромобили всегда будут лучше во всех отношениях, учитывая скорость развития технологий в прошлом, настоящем и будущем.

Ответ: Где идеальная батарея? Батареи будут по-прежнему более дорогими, большими и неуклюжими, чем водородно-топливные системы через несколько десятилетий. Утверждение чего-либо еще является просто дезинформацией.

14. «Не может конкурировать с аккумуляторными электромобилями, невероятно тупой и (очевидно) не выигрышная стратегия».

Ответ: Никто не знает, где установится баланс между BEV и FCEV. Наиболее вероятным сценарием является то, что BEV будут брать на себя большую часть трафика малого и ближнего радиуса действия, в то время как FCEV будут использовать транспортные средства большего и дальнего радиуса действия.
Смотрите это:
http://www.autoblog.com/2017/04/23/toyota-project-portal-hydrogen-semi-drag-race-video/

У грядущей Tesla Semi не будет шансов в этом конкурсе. Его батареи будут весить несколько, может быть, 5000 кг.

Послание Шахана безответственно и пристрастно. Я вижу за этим не столь благородную цель.

15. Маск говорит: Автомобили на водородных топливных элементах «чрезвычайно глупы». «Водород — невероятно тупое» топливо. «Топливный элемент — это такая ерунда, это куча мусора.

Ответ: Это выдает очень пристрастного и грубого человека.

Заправка автомобиля на топливных элементах водородом становится на один шаг ближе

Подобные несоответствия в спросе и предложении способствовали массовым каскадным отключениям электроэнергии в В августе 2003 г. на северо-востоке США и в Канаде, в июле 2012 г. в Индии и в марте 2019 г. в Венесуэле.

Ситуация вряд ли улучшится в ближайшее время по трем причинам. Во-первых, по мере того как страны повсеместно переходят к обезуглероживанию, электрификация транспорта, отопления и других секторов вызовет резкий рост спроса на электроэнергию.Во-вторых, традиционные угольные и атомные электростанции выводятся из эксплуатации по экономическим и политическим причинам, удаляя стабильные источники из энергосистемы. И в-третьих, в то время как ветряные и солнечные фотоэлектрические системы отлично подходят для климата и являются самыми быстрорастущими источниками выработки электроэнергии, изменчивость их мощности порождает новые проблемы для балансировки сети.

Так как же сетевые операторы могут поддерживать баланс спроса и предложения, даже если они закрывают старые, грязные электростанции, наращивают переменную генерацию и добавляют новые электрические нагрузки? Есть несколько возможностей.Один из них — сделать модернизированную версию того, что мы делали в прошлом: построить гигантскую централизованную инфраструктуру. Это означало бы установку огромного количества накопителей энергии, таких как батареи масштаба сети и гидронасосные установки для хранения избыточной вырабатываемой возобновляемой энергии и соединения этого хранилища с высоковольтными линиями электропередачи, чтобы предложение могло удовлетворить спрос в сети. Китай является лидером в этом подходе, но это невероятно дорого и требует огромной политической воли.

Мы думаем, что есть лучший способ. Вместо радикального расширения инфраструктуры электросетей наша работа в Университете Вермонта была сосредоточена на том, как координировать спрос в режиме реального времени, чтобы соответствовать все более изменчивому предложению. Наша технология берет две идеи, которые делают Интернет фундаментально масштабируемым — пакетирование и рандомизация — и использует их для создания системы, которая может координировать распределенную энергию. Эти две концепции передачи данных позволяют миллионам пользователей и миллиардам устройств подключаться к Интернету без какого-либо централизованного планирования или контроля.Те же основные идеи могут работать и в электрической сети. Используя связь с низкой пропускной способностью и небольшие контроллеры, работающие с простыми алгоритмами, можно использовать миллионы электрических устройств для балансировки потока электроэнергии в локальной сети. Вот как.

Спрос на электроэнергию в сети возникает из-за миллиардов электрических нагрузок. Их можно разделить на две большие категории: коммерческие и промышленные нагрузки и бытовые нагрузки. Из этих двух, жилые нагрузки гораздо более рассредоточены.Только в Соединенных Штатах насчитывается более 120 миллионов домохозяйств, на долю которых в совокупности приходится около 40 процентов годового потребления электроэнергии. Но бытовые потребители, как правило, не думают об оптимизации своих собственных электрических нагрузок в течение дня. Для простоты назовем эти бытовые нагрузки «устройствами», которые могут варьироваться от ламп и телевизоров до водонагревателей и кондиционеров.

Последние устройства, наряду с зарядными устройствами для электромобилей и насосами для бассейнов, являются не только большими электрическими нагрузками (то есть мощностью более 1 киловатта), но и гибкими.В отличие от освещения или телевизора, которые вы хотите включить, как только щелкнете выключателем, гибкое устройство может отсрочить потребление и включиться в любое время — пока есть горячая вода для вашего душа, ваш бассейн чист, ваш электромобиль достаточно заряжен, и температура в помещении комфортная.

В совокупности существует большая гибкость в бытовых электрических нагрузках, которые можно использовать для балансировки переменных поставок. Например, если бы в каждом домашнем хозяйстве в Калифорнии и Нью-Йорке было только одно устройство, которое могло бы гибко потреблять энергию в любое время, энергосистема имела бы эквивалент около 15 гигаватт дополнительной мощности, что более чем в 10 раз превышает объем, доступный в настоящее время. от аккумуляторной батареи общего назначения в этих состояниях.

Вот что означает гибкость, когда речь идет об эксплуатации, скажем, бытового электрического водонагревателя. При нагреве воды типичный агрегат потребляет около 4,5 кВт. В течение обычного дня прибор работает примерно в десятую часть времени, потребляя около 10,8 киловатт-часов. Для домовладельца ежедневные затраты на эксплуатацию водонагревателя составляют менее 2 долларов США (при ставке около 15 центов за кВтч). Но для коммунальных предприятий стоимость электроэнергии сильно варьируется: от номинальных 4 центов за кВтч до более 100 долларов за кВтч в пиковые годовые периоды.Иногда стоимость даже отрицательная: когда от ветряных или солнечных электростанций вырабатывается слишком много энергии, сетевые операторы фактически платят коммунальным службам за потребление излишков.

Спрос и предложение электроэнергии иногда могут сильно расходиться. Пакетизация и рандомизация гибких электрических нагрузок позволяют спросу соответствовать доступному предложению.

Университет Вермонта

Чтобы снизить спрос в периоды пиковой нагрузки, коммунальные службы уже давно предлагают программы реагирования на спрос, которые позволяют им отключать водонагреватели, кондиционеры и другие нагрузки клиентов по фиксированному графику — скажем, в 4 часа дня.м. до 9 вечера летом, когда использование исторически высоко. Если все, что мы хотим сделать, это уменьшить нагрузку в такие моменты, этот подход работает достаточно хорошо.

Однако, если наша цель состоит в том, чтобы сбалансировать энергосистему в режиме реального времени, поскольку возобновляемая генерация непредсказуемо меняется с ветром и солнцем, то работы устройств в соответствии с фиксированным графиком, основанным на прошлом поведении, будет недостаточно. Нам нужен более гибкий подход, который выходит за рамки простого снижения пикового спроса и обеспечивает дополнительные преимущества, повышающие надежность энергосистемы, такие как чувствительность к ценам, сглаживание возобновляемых источников энергии и регулирование частоты.

Каким образом операторы сети могут координировать множество распределенных гибких устройств мощностью в киловатт, каждое со своими специфическими потребностями и требованиями, для предоставления совокупного ресурса сети в масштабе гигаватт, реагирующего на сильно меняющееся предложение? Размышляя над этим вопросом, мы нашли вдохновение в другой области: цифровых системах связи.

Цифровые системы представляют ваш голос, электронное письмо или видеоклип в виде последовательности битов. Когда эти данные передаются по каналу, они разбиваются на пакеты.Затем каждый пакет независимо маршрутизируется по сети к назначенному месту назначения. Как только все пакеты получены, данные восстанавливаются в исходную форму.

Чем это похоже на нашу проблему? Интернетом ежедневно пользуются миллионы людей и миллиарды устройств. У пользователей есть свои индивидуальные устройства, потребности и модели использования, которые мы можем рассматривать как спрос, в то время как сама сеть имеет динамику, связанную с ее пропускной способностью, другими словами, с ее предложением. Тем не менее, спрос и предложение в Интернете сопоставляются в режиме реального времени без какого-либо централизованного планировщика.Точно так же миллиарды электрических устройств, каждое со своей собственной динамикой, подключаются к энергосистеме, чье питание, как мы уже отмечали, становится все более изменчивым.

Признавая это сходство, мы разработали технологию пакетного управления энергопотреблением (PEM) для координации энергопотребления гибких устройств. Соавтор Хайнс давно интересовался надежностью энергосистемы и изучал, как сбои в линиях электропередачи могут привести к каскадным отключениям и системным отключениям электроэнергии.Тем временем Фролик, имеющий опыт работы в системах связи, работал над алгоритмами для динамической координации передачи данных от беспроводных датчиков таким образом, чтобы потреблять очень мало энергии. Благодаря случайному обсуждению мы поняли, что наши интересы пересекаются, и начали работать над тем, чтобы увидеть, как эти алгоритмы могут быть применены к проблеме зарядки электромобилей.

Вскоре после этого Алмассалхи присоединился к нашему отделу и понял, что то, над чем мы работаем, имеет больший потенциал.В 2015 году он написал выигрышное предложение для программы ARPA-E NODES — это программа Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США — Energy’s Network Optimized Distributed Energy Systems. Финансирование позволило нам продолжить разработку подхода PEM.

Вернемся к электрическому водонагревателю. При обычной работе водонагреватель управляется своим термостатом. Устройство включается, когда температура воды достигает нижнего предела, и работает непрерывно (при 4,5 кВт) в течение 20–30 минут, пока температура воды не достигнет верхнего предела.Пара черно-белых графиков в нижней части «Соответствие спроса на электроэнергию поставке» показывает режимы включения и выключения 10 обогревателей: черный — выключен, белый — включен.

В PEM каждая нагрузка работает независимо и в соответствии с простыми правилами. Вместо нагрева только тогда, когда температура воды достигает нижнего предела, водонагреватель будет периодически запрашивать потребление «пакета» энергии, где пакет определяется как потребление энергии в течение короткого периода времени, скажем, 5 минут. Координатор (в нашем случае — облачная платформа) одобряет или отклоняет такие пакетные запросы на основе целевого сигнала, отражающего условия сети, такие как доступность возобновляемой энергии, цена на электроэнергию и так далее.Верхний график в разделе «Соотношение спроса на электроэнергию с предложением» показывает, насколько близко потребление PEM соответствует целевому сигналу, основанному на поставках возобновляемой энергии.

Чтобы гарантировать, что устройства с большей потребностью в энергии с большей вероятностью одобрят свои запросы, каждое устройство регулирует скорость своих запросов в зависимости от своих потребностей. Когда вода менее горячая, водонагреватель просится чаще. Когда вода горячее, он просит реже. Таким образом, система динамически приоритизирует устройства полностью децентрализованным образом, поскольку вероятность выполнения пакетных запросов пропорциональна потребности устройств в энергии.Затем координатор PEM может сосредоточиться на управлении входящими пакетными запросами, чтобы активно формировать общую нагрузку от множества пакетных устройств без необходимости централизованно оптимизировать поведение каждого устройства. С точки зрения заказчика в водонагревателе ничего не изменилось, так как эти запросы происходят полностью в фоновом режиме.

Эти же концепции могут быть применены к широкому спектру энергоемких устройств. Например, зарядное устройство электромобиля или бытовая аккумуляторная система могут сравнить текущее состояние заряда батареи с ее желаемым значением, эквивалентным ее потребности в энергии, преобразовать это в вероятность запроса, а затем отправить запрос координатору PEM, который либо принимает или отклоняет запрос на основе сетки в реальном времени или рыночных условий.В зависимости от этих условий для полной зарядки аккумулятора может потребоваться несколько больше времени, но пользователь не должен испытывать неудобств.

Таким образом, гибкие энергетические устройства обмениваются данными, используя общий простой язык запросов энергетических пакетов. В результате координатор не зависит от типа устройства, отправляющего запрос. Эта аппаратно-независимая координация аналогична сетевому нейтралитету в передаче данных. В общем, Интернету все равно, несет ли ваш пакет голосовые, видео или текстовые данные.Точно так же PEM не волнует, является ли устройство, запрашивающее пакет, водонагревателем, насосом для бассейна или зарядным устройством для электромобиля, поэтому он может легко координировать разнородное сочетание устройств мощностью в киловатт.

Этот контроллер подключается к бытовому электрическому водонагревателю и использует простые алгоритмы для запроса «пакетов» энергии от облачного координатора для поддержания подходящей температуры.

Пакетные энергетические технологии

В настоящее время восходящие технологии , управляемые устройствами, такие как PEM, не получили широкого распространения.Вместо этого в большинстве современных технологий реагирования на спрос используется нисходящий подход, при котором координатор передает управляющий сигнал всем устройствам, сообщая им, что делать. Но если каждому устройству приказано делать одно и то же в одно и то же время, все может очень быстро пойти не так, поскольку энергопотребление устройств синхронизируется. Представьте себе эффект от одновременного включения (или выключения) миллионов кондиционеров, водонагревателей и зарядных устройств для электромобилей. Это будет означать гигаваттные всплески — как если бы большая атомная электростанция включалась или выключалась щелчком выключателя.Всплеск такого большого размера может привести к нестабильности сети, что может вызвать каскадное отключение электроэнергии. Вот почему большинство коммунальных предприятий сегодня разбивают устройства на группы, чтобы ограничить всплески порядка десятков мегаватт. Тем не менее, активное управление этими различными группами, помимо нескольких ежегодных пиковых событий, является проблемой для нисходящих подходов.

Но если каждое устройство работает для удовлетворения своей уникальной потребности в энергии, то запросы пакетов (и результирующее энергопотребление) по своей сути рандомизируются, и в результате синхронизация становится гораздо менее важной.

Нисходящий подход также затрудняет учет предпочтений клиентов в отношении горячей воды, заряженных автомобилей и прохладных домов в жаркие дни. Если мы собираемся координировать энергетические устройства, чтобы улучшить работу сети, нам нужно убедиться, что мы делаем это таким образом, чтобы потребитель практически не заметил и автоматически.

Теперь рассмотрим, как PEM учитывает предпочтения отдельного клиента в случае с водонагревателем. Если температура воды падает ниже нижнего предела, а нагреватель еще не потребляет пачку энергии, он может временно «выйти» из схемы PEM и включиться до восстановления температуры.Водонагреватель сообщит координатору PEM об этом изменении своего режима работы, и координатор просто обновит свой учет совокупного потребления. Влияние этой отдельной загрузки на общую сумму невелико, но для клиента наличие гарантии горячей воды, когда это необходимо, укрепляет доверие и обеспечивает постоянное участие.

Подход PEM, ориентированный на устройства, также упрощает работу координатора, поскольку ему не нужно централизованно отслеживать или моделировать каждое устройство для разработки оптимизированного расписания.Координатору нужно только отслеживать сетку и рыночные условия, отвечать на поток входящих запросов пакетов и вести учет «отключенных» устройств — другими словами, координатор управляет всего тремя наборами номеров.

Чтобы повысить эффективность нашей работы, мы решили коммерциализировать PEM параллельно с нашими исследованиями и в 2016 году основали Packetized Energy. Компания развернула свою облачную платформу для координации энергетики в нескольких пилотных проектах, спонсируемых коммунальными предприятиями в Соединенных Штатах. Штаты и Канада.Каждый из этих проектов начался с модернизации существующих электрических водонагревателей интеллектуальным термостатом, который мы спроектировали, разработали и который прошел сертификацию UL. Мы также продемонстрировали PEM с зарядными устройствами для электромобилей, бытовыми аккумуляторами и термостатами. Нашим первым клиентом была коммунальная служба нашего родного города Вермонт, Burlington Electric Department. В 2018 году BED запустила первую в стране программу водонагревателей, полностью работающих на возобновляемых источниках энергии, которая теперь расширилась и теперь включает зарядные устройства для электромобилей.

Наши проекты дали многообещающие результаты.«Демонстрация координации нагрузки в реальном времени» показывает, как PEM координировал нагрузку от 208 бытовых водонагревателей в Вермонте и Южной Каролине в течение типичного 2-часового периода. Нагреватели [оранжевая линия] следовали за быстро меняющимся целевым значением [черная линия], которое колебалось от примерно половины номинальной нагрузки до примерно вдвое большей нагрузки [красная линия].

По мере масштабирования системы до тысяч устройств с пакетной обработкой асинхронные запросы пакетов будут отображаться как непрерывный сигнал. Наше моделирование показывает, что в этом масштабе любые разрывы между целевым и фактическим исчезают.Совокупная нагрузка по крайней мере так же быстро реагирует, как время реакции современной электростанции, работающей на природном газе, и вам не нужно нести расходы на строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание физической установки.

Падение цен на датчики и микроконтроллеры приводит к быстрому росту Интернета вещей. В сочетании с технологией «умный дом» Интернет вещей позволяет представить мир, в котором все энергетические устройства — нагрузки, накопители энергии и генераторы — активно координируются, чтобы поддерживать стабильность сети и в полной мере использовать преимущества возобновляемых источников энергии.Но проблемы действительно ждут впереди.

Во-первых, сегодня существует мало стандартов, которыми могли бы руководствоваться производители, заинтересованные в координации на уровне устройств, и нет реальных стимулов для принятия ими какого-либо конкретного подхода. Это привело к распространению проприетарных технологий, решающих одну и ту же фундаментальную проблему. И здесь мы снова можем черпать вдохновение из Интернета: маловероятно, что собственные решения масштабируются до такой степени, чтобы решать имеющиеся энергетические проблемы. Новые инициативы, продвигаемые промышленностью, такие как EcoPort (ранее CTA 2045) и Matter (ранее Connected Home over IP) обещают безопасную связь с малой задержкой с устройствами разных производителей.Технические комитеты, рабочие группы и целевые группы IEEE также играют вспомогательную роль, например, технический комитет IEEE Power and Energy Society по умным зданиям, нагрузкам и потребительским системам. Мы надеемся, что в будущем эти усилия будут беспрепятственно поддерживать описанные здесь концепции «пакетизации» на основе устройств, а не просто служить традиционным нисходящим архитектурам связи и управления.

Также необходимы стимулы для потребителей электроэнергии, чтобы изменить потребление энергии.Сейчас ежедневная стоимость электроэнергии для бытового водонагревателя примерно одинакова, независимо от того, когда водонагреватель включается. У домовладельца нет финансовой выгоды от запуска водонагревателя, когда возобновляемая энергия высока или оптовая цена на электроэнергию низка. Регуляторным органам, коммунальным предприятиям и другим сторонам необходимо будет переосмыслить и переработать программы стимулирования и гибкого спроса, чтобы гарантировать, что взносы и вознаграждения будут справедливыми и равными для всех клиентов. Им также необходимо информировать потребителей о том, как работает программа.

Существует множество прецедентов для решения таких технических и политических задач. Общедоступная система, которая является справедливой, гибкой, доступной, надежной, отказоустойчивой и масштабируемой, очень похожа на Интернет. Пакетное управление энергопотреблением, основная конструкция которого основана на передаче данных в Интернете, принесет те же важные преимущества. По мере того, как мы переходим к новому типу сети, основанной на распределенной и возобновляемой генерации, нам потребуются новые технологии и новые парадигмы. К счастью, у нас есть проверенная временем модель, которая указывает нам путь.

Эта статья появилась в печатном выпуске за февраль 2022 г. под названием «Пакетизация энергосистемы».

Как работает водородный автомобиль?

► Альтернатива электромобилям
► Электроэнергию используют, но хранят по-другому
► Плюсы и минусы в 2022 году

Полностью электрические и гибридные автомобили с батарейным питанием являются эталоном экологичных автомобилей, призванных заменить двигатели внутреннего сгорания.Но есть и третий вариант, который часто упускают из виду: автомобили на водороде.

Водород использовался в качестве топлива для транспортных средств на протяжении десятилетий; Еще в 1807 году Франсуа Исаак де Риваз разработал первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, а полтора века спустя ученый Роджер Биллингс переоборудовал двигатель Ford Model A для работы на водороде. Перенесемся немного вперед: водород используется для отправки ракет НАСА в космос.

Будущее за автомобилями на водородных топливных элементах?

Дополнительные электрические показания

Но в 2022 году в путь, есть ряд транспортных средств, работающих на водороде; от лондонских автобусов и вилочных погрузчиков до Toyota Mirai, Hyundai Nexo и Honda Clarity.

Водородные автомобили не покорили мир штурмом, но они предлагают более экологичную замену бензину и, возможно, альтернативу электромобилям с батарейным питанием.


Как на самом деле работает водородный автомобиль?

Водород можно использовать для заправки автомобилей двумя способами. Во-первых, это водородные топливные элементы, которые работают аналогично электромобилям с литий-ионными батареями.

Однако, в то время как энергия в батареях накапливается в результате химической реакции, энергия в водородных элементах хранится в газообразном водороде.

Газообразный водород хранится в резервуаре, питающем топливные элементы, каждый из которых состоит из отрицательных и положительных выводов (анодов и катодов), разделенных электролитом. Кислород берется из воздуха и перекачивается к катоду, а водород поступает к терминалу платинового анода, который действует как катализатор, отделяя положительные ионы водорода от газа.

Эти ионы проходят через электролит к катоду, создавая положительный заряд. Поскольку отделенные электроны не могут проходить через электролит, они обтекают внешнюю цепь, создавая заряд, используемый для питания электродвигателя.

А выбросы? Когда ионы водорода вступают в контакт с катодом, они объединяются с кислородом, образуя воду, которая затем вытекает из выхлопных газов автомобиля; он такой чистый, что его можно пить.


Использование водорода для сжигания

Водород

также можно использовать в качестве прямой замены бензина или дизельного топлива в специализированном или переоборудованном двигателе внутреннего сгорания. В этом случае газообразный водород под давлением впрыскивается непосредственно в камеру сгорания двигателя, и сгорание происходит как в обычном ДВС.

Такое использование водорода не является распространенным явлением, поскольку его энергоемкость ниже, чем у бензина. Но сжигание водорода производит меньше выбросов, при этом вода является основным побочным продуктом, и меньше токсичных газов NOx, выделяемых теплом, выделяемым двигателем.

Как и большинство передовых технологий, он также участвовал в гонках: Aston Martin Rapide S, оснащенный гибридным водородным двигателем специалистами Alset, соревновался с N24, при этом автомобиль мог переключаться между бензиновым и водородным топливом. Кроме того, Mazda RX-8 Hydrogen RE, впервые представленная в 2003 году, была еще одним водородным двухтопливным автомобилем с ДВС, но его производство было прекращено в 2011 году.

Каковы преимущества?

Наиболее очевидным преимуществом водородного топлива, по крайней мере, когда речь идет об электромобилях на топливных элементах (FCEV), является отсутствие выбросов и вредных побочных продуктов, которые производят автомобили, работающие на водороде.

А поскольку топливные элементы не разлагаются, как литий-ионные аккумуляторы, они, как правило, служат в течение всего срока службы автомобиля — примерно 150 000 миль. Они также могут быть переработаны, что делает их довольно экологичным вариантом.


Ассортимент FCEV превосходит даже лучшие электромобили: маленькая Toyota Mirai способна проехать 300 миль на одном баке, а более крупные водородные автомобили, такие как Hyundai Nexo, могут проехать 400 миль.

Заправить бак так же просто, как заправить автомобиль бензином. Газообразный водород можно просто закачать в резервуар, готовый к всасыванию в топливные элементы; нет длительной зарядки аккумулятора. Но есть несколько ключевых проблем.

Каковы недостатки?

Очень мало мест, где можно заправить FCEV. В Великобритании практически нет инфраструктуры для заправки водородом, по всей Великобритании менее 20 заправочных станций.

Зарядка электромобилей

может занять больше времени и по-прежнему вызывать опасения по поводу дальности, но, по крайней мере, их можно заряжать от обычной розетки, что компенсирует отсутствие широко распространенных точек быстрой зарядки.И даже тогда сеть зарядки электромобилей растет быстрыми темпами, как и скорость зарядки.

Большинство FCEV поставляются с небольшим аккумулятором для коротких прыжков, но это все равно не решает проблему поиска места для подзарядки.

Перевозить водород также сложно, так как он легко воспламеняется. Чтобы водородные автомобили не превратились в автомобили Гиндемберга, баки, содержащие сжатый газ, должны быть чрезвычайно прочными и устойчивыми к ударам, что делает их более сложными в проектировании, чем бензобаки.По той же причине также сложно транспортировать водород на заправочные станции цистернами или по трубопроводу.


Другой серьезной проблемой является производство водорода для топлива. Это довольно легко сделать, пропуская электрический ток через воду, которая отделяет водород от кислорода.

Но это связано с потреблением электроэнергии, которая, скорее всего, вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива, а это означает, что водород не так уж и экологичен с точки зрения производства. Есть аргумент, что солнечная энергия может быть использована для производства такого электричества, но тогда эта энергия может быть использована для непосредственного заполнения батареи, чем для производства другого топлива.

В настоящее время массовое производство водорода включает процесс, называемый паровой конверсией метана. В двух словах, это включает в себя получение водорода из природного газа метана посредством экзотермической реакции.

Но поскольку это связано со сжиганием ископаемого топлива, это не совсем экологичный способ производства водорода. В целом, это более чистое топливо, чем бензин, но не такое чистое, как электричество, полученное из возобновляемых источников.

Ученые работают над тем, чтобы сделать производство водорода более чистым, но пока они не смогут сделать это в масштабе, вы вряд ли увидите много водородных топливных насосов на придорожных станциях.

Стоимость также является фактором: водород дорог, стоит больше за килограмм и за милю, чем бензин. А учитывая, что водород не такой энергоплотный, вам, вероятно, придется чаще дозаправляться.


Есть ли будущее у водородных автомобилей?

Это классическая ситуация с курицей и яйцом; Точки заправки водородом, вероятно, будут увеличиваться только в том случае, если будет больше FCEV, и такие автомобили будут популярны только в том случае, если есть места для их заправки.

Улучшение запаса хода электромобилей, срока службы аккумуляторов и зарядной инфраструктуры — наряду с масштабными инвестициями в крупные автомобильные бренды — означают, что импульс не с FCEV.А такие достижения, как разработка твердотельных аккумуляторов и использование суперконденсаторов, поддерживают зарядку электромобилей. Только Toyota, а иногда и BMW проявляют интерес к водородным топливным элементам.

Как работают водородные автомобили | HowStuffWorks

Многие люди считают, что водородные топливные элементы являются самой важной альтернативной топливной технологией, разрабатываемой в настоящее время. Однако это не без проблем, и могут пройти десятилетия, прежде чем технология топливных элементов получит широкое распространение.Мы можем грубо разделить проблемы, связанные с водородом, на три категории: затраты на разработку технологии, трудности и опасности, связанные с хранением водорода, и возможность того, что эта «экологически чистая технология» не так уж и экологически чиста. Вот некоторые из неудач водородных автомобилей, с которыми мы можем справиться в ближайшем будущем.

Затраты на разработку водородной технологии высоки. Мы должны не только спроектировать и разработать топливные элементы и автомобили, но и разработать инфраструктуру для поддержки этих экономичных транспортных средств.Представьте, если бы у вас сейчас был водородный автомобиль. Куда бы вы пошли, чтобы заполнить свой бак? Если предположить, что в вашем гараже нет завода по производству водорода, вам понадобится станция для заправки водородом, и единственное место, где на данный момент существует значительное количество таких станций, — это штат Калифорния, где губернатор Арнольд Шварценеггер стремится поддерживать водородное будущее. Некоторые из наиболее пессимистичных оценок предполагают, что стоимость строительства инфраструктуры, которая позволит значительному количеству водородных автомобилей, достигнет 500 миллиардов долларов, а время для создания инфраструктуры составит четыре десятилетия!

Стоимость машин тоже высока.Поскольку платина является наиболее широко используемым катализатором в топливных элементах, цена одного транспортного средства на топливных элементах в настоящее время превышает 100 000 долларов США, а может быть, и значительно выше, поэтому единственные водородные автомобили, доступные для вождения на данный момент, сдаются в аренду. , не продается. Мало кто может позволить себе такую ​​дорогую машину. Разрабатываются другие катализаторы, которые, вероятно, будут дешевле платины, но никто не знает, как скоро они станут доступными для широкомасштабного использования.

Проблема хранения тоже непростая.Водород — это газ, и он любит распространяться. Поместить его в машину означает сжать его до разумных размеров, а это непросто. Кроме того, водород нагревается, пока находится в баке припаркованного автомобиля, что приводит к расширению газа. Это означает, что баки должны периодически выпускать водород из автомобиля. Оставьте водородный автомобиль без дела более чем на несколько дней, и все топливо закончится. Водород также легко воспламеняется — некоторые считают, что впечатляющий взрыв дирижабля «Гинденбург» в 1930-х годах был результатом возгорания водорода, поэтому, если водород вырвется из бака, он может быть опасным. .К счастью, водородные пожары не такие горячие, как бензиновые, и с меньшей вероятностью могут вызвать вторичные возгорания. А поскольку водород поднимается вверх, большая часть ускользнувшего водорода уплывет, прежде чем сможет причинить какой-либо вред.

И действительно ли водород не загрязняет окружающую среду? Топливный элемент производит только тепло и воду в качестве выхлопных газов, но процессы, используемые для производства водорода, не обязательно такие чистые. В электролизе используется электричество, и это электричество часто поступает от электростанций, сжигающих уголь, являющийся сильно загрязняющим окружающую среду источником.