бензин, дизельное топливо и другие

• Виды топлива для автомобиля
• Бензин
• Дизельное топливо
• Биодизельное топливо
• Пропан
• Электричество как вид топлива
• Иные виды топлива

Знаете ли вы, что на заре развития автомобильной промышленности машины ездили на спирте или, говоря научным языком, на этаноле. Позже, когда появился бензин, в автомобильной промышленности эти два вида топлива еще долго конкурировали между собой.

В реалиях современного времени бензин уверенно лидирует. Более 80% автомобилей заправляют бензином. На втором месте — дизельное топливо (10%), 3–4 % — газ, оставшиеся проценты — разные виды топлив.

 

К основным видам топлива автомобилей относят:

• Бензин. У автомобилей с бензиновыми двигателями отмечается плавное движение, легкое торможение и маневренность. В морозы моторы редко «замерзают». Но сложная конструкция двигателей провоцирует частые поломки по сравнению с дизелем.
• Дизель. Преимущество дизельных двигателей в мощности, небольшой энергозатратности и надежности за счет отсутствия системы зажигания. Негативный момент — шум при работе и более высокий уровень вибраций, чем в бензиновых авто.
• Электричество. Электромобили позволяют экономить на топливе. Преимущество в динамичности и безопасности. Но высокая стоимость авто и небольшое количество зарядных станций, медленная зарядка делают их менее популярными. Хотя альтернативой становятся гибридные двигатели.
• Газ. Альтернативное топливо. Из плюсов — низкая стоимость топлива, бесшумная работа. Из минусов — объемные газовые баллоны и более частое обслуживание.

 

Бензин 

Бензин получают путем перегонки нефти, обогащают смесью углеводородов и присадок. От фракций, входящих в состав бензина, зависит время прогрева автомобиля, температура замерзания, удельная теплота сгорания и другие характеристики, повышающие или снижающие свойства бензина.

Качество бензина принято квалифицировать по октановому числу, которое характеризует его детонационную стойкость. Октановое число можно определить по названию топлива на заправках. Так, АИ-92, АИ-95, АИ-98 расшифровывается как «автомобильный бензин с октановым числом 92 (95, 98), полученный исследовательским методом».

Фактически бензин АИ-92 и АИ-95 по химическому составу не отличаются. Различие вносят используемые присадки, которые позволяют бороться с образованием нагара, защищать двигатель от коррозии, уменьшать вредные выхлопы и даже противостоять замерзанию при низких температурах.

Бензиновые двигатели отличаются друг от друга, и для каждого из них марки бензина требуются свои. Например, для европейских автомобилей производители чаще указывают на использование АИ-95. Отечественным машинам рекомендуют АИ-92 в большинстве случаев. Предписания завода-изготовителя об использовании вида горючего нужно соблюдать, так как именно под определенное топливо настроена топливная система.

Высокооктановые бензины влияют на степень сжатия поршневой системы автомобиля. Это базовый показатель эффективности работы двигателя. Чем выше степень сжатия топливовоздушной смеси в цилиндре, тем больше увеличивается мощность двигателя без дополнительных затрат топлива. Степень сжатия бензинового двигателя составляет 7–11 пунктов, тогда как у дизельных она значительно выше — от 13 до 19. 

Дизельное топливо

Более высокая степень сжатия дизельного двигателя приводит к тому, что топливовоздушная смесь сгорает более эффективно и повышает КПД дизеля. У дизельного топлива есть и другие достоинства: большая экономия топлива, усиленная тяга, уверенный разгон, экологическая безопасность.

Дизельные двигатели более простые в техническом исполнении. Так, в них отсутствует система зажигания, топливо в цилиндрах воспламеняется от сжатия. За счет этого срок службы двигателя увеличивается в несколько раз по сравнению с бензиновым мотором, мощность и КПД усиливаются.

В России большой процент дизельных машин — грузовых или спецтехники. В западных странах тенденции иные. Например, в Италии и Франции около 70% автомобилей — дизельные, в том числе среди них высокий процент легковых автомобилей. Это объясняется мощностью, экологичностью и низким расходом топлива. Не стоит забывать и о климате. В этих странах люди зимой не сталкиваются с проблемами замерзания топлива. Конечно, этот факт является одним из главных недостатков дизельного топлива: температура застывания — от –15°С.

В холодных регионах появляется необходимость переходить с летнего топлива на зимнее или даже арктическое, тщательно следить за температурой фильтруемости дизельного топлива, не допускать его кристаллизации.

Для работы двигателя в холодных условиях используют топливо с высоким цетановым числом. Это показатель, отвечающий за количество в дизельном топливе легковоспламеняемых фракций, отвечающих за работу двигателя в холодную погоду и за количество вредных выбросов в окружающую среду.

Еще меньшее количество выбросов в атмосферу дает биодизель. Такая разновидность топлива подходит для всех видов дизельных двигателей.

Биодизельное топливо

Экологи кричат: «Браво!». Это самый безопасный для окружающей среды вид топлива.

В качестве сырья для биодизеля выступают масла: рапсовое, кукурузное, подсолнечное, касторовое, пальмовое и некоторые другие. Самое выгодное — рапсовое (большее количество топлива на выходе при недорогом производстве). 

Биотопливо дешевое в изготовлении, так как его производят из сельскохозяйственных отходов. В настоящее время ведутся разработки по возможности использования морских водорослей и клещевины.

При сгорании биоразлагаемое топливо выделяет меньше серы, сажи и оксида углерода, не образует нагар.

Биодизельное топливо безопасно для автомобиля, смешивается с любым дизельным топливом и его можно применять без присадок. Нужно только обращать внимание на процентное соотношение в холодное время: 20% биодизельного топлива к 80% обычного дизельного. Поскольку биотопливо замерзает при температуре –5°С, его рекомендуют использовать в качестве летнего топлива на постоянной основе.

В отличие от обычного дизеля, такое топливо может выступать хорошей смазкой подвижных частей механизмов автомобиля из-за содержания в нем кислорода. Смазывающие свойства позволяют увеличить срок службы мотора и топливного насоса.

Еще одно положительное свойство биодизельного топлива — его пожарная безопасность. Горение наступает при температуре свыше +150°С.

Недостатки у биотоплива все же есть:

1. Короткий трехмесячный срок хранения топлива.
2. При отрицательной температуре — низкая эффективность двигателя.
3. В процессе работы двигателя при низких температурах появляется осадок из кристаллов воска, который загрязняет детали.
4. Свойство этого топлива как растворителя — негативное влияние на резиновые детали машины и лакокрасочное покрытие.

Распространенность в России биодизеля невысока. Нет государственных программ развития производства этого топлива. Однако интерес к нему растет в геометрической прогрессии из-за дешевого сырья, безотходного цикла изготовления и увеличивающегося спроса.

Уже запланировано строительство заводов в некоторых областях нашей страны.

Пропан

Газ — прекрасный способ сэкономить средства. Газовое топливо в 2 раза ниже стоимости бензина. Экономия достигается не только за счет топлива, но и из-за низкого износа свечей, клапанов, резинотехнических узлов. От природного газа нет нагарообразования на головке и поршнях двигателя.

Еще один плюс — пропан сгорает более плавно, двигатель работает мягко и бесшумно.

Запуск двигателя происходит на бензине. Когда температура поднимется до +25°С, такие машины в автоматическом режиме переходят на газ. Смену топливных режимов можно производить и самостоятельно, в ручном режиме.

Минус пропанового топлива — оборудование, которое значительно сократит вместимость багажника легкового автомобиля.

На месте запаски могут установить газовый баллон, а запасное колесо перенесут в багажный отсек. За счет баллона масса автомобиля увеличивается, а количество свободного места — сокращается.

Другие минусы: невозможность использовать автомобиль при низких температурах, падение мощности двигателя при разгоне, на загородных трассах.

Часто в современной технике используют смесь пропана и бутана, так называемый СНГ — сжиженный нефтяной газ. Этот газ применяют в газобаллонных автомобилях, среднетоннажных грузовиках и в энергетических установках. 

Электричество как вид топлива

Аккумулятор как топливо — звучит несколько необычно, но вполне укладывается в зеленую повестку. Из года в год электромобили получают все больше новых поклонников. И не зря.

Плюсов у такого транспортного средства множество: экологическая безопасность, экономическая выгода, комфортная поездка, маневренность автомобиля, плавный разгон, мягкое торможение. Большой плюс использования машины при низких температурах: не требуется время на разогрев двигателя. Масла, которое используют в автомобиле при запуске двигателя, в электрокаре нет. В период морозов важно не допускать полной разрядки аккумулятора, иначе придется транспортировать машину в теплый бокс. Перед началом морозного периода необходимо провести техосмотр автомобиля во избежание сюрпризов на дороге. 

КПД электродвигателя среди бензиновых и дизельных — самый высокий. Он составляет 90%, в то время как дизельный — лишь 50%, а бензиновый и того меньше — 25%.

По сравнению с двигателями внутреннего сгорания электродвигатели очень просты в обслуживании: в них нет фильтров, ремней, форсунок, клапанов, не требуется масло. Поломки тоже случаются крайне редко из-за более простой модификации двигателя.

Как и в любой технике, в электродвигателях есть плюсы и минусы. Основной недостаток — это зарядка аккумуляторов. Считается, что невозможно проехать большое расстояние на одной зарядке аккумулятора. Однако прогресс не стоит на месте и сейчас уже даже на бюджетных электрокарах на одном заряде можно преодолеть от 120 до 250 км.

Рекомендуется приобрести запасные аккумуляторные батареи вместе с зарядным устройством и возить с собой. Так вы сможете обеспечить себе более длительные поездки без подзарядки.  

Еще из минусов: аккумуляторы разряжаются постепенно, электрокар хуже едет. Запас хода в холодное время снижается из-за потери части заряда в морозы. Цена электромобилей выше бензиновых.

Иные виды топлива

Наука не стоит на месте. Разрабатываются разные виды топлива: вода и воздух, пар и солнце. Звучит, конечно, нереалистично. Но это факт. Такие попытки есть, проводятся эксперименты и даже создаются образцы автомобилей. Например, голландская фирма Lightyear еще в 2020 году анонсировала выпуск автомобиля на солнечных батареях.

Зато водородное, ядерное топливо, сжиженный углеводородный газ, сжиженный природный газ — более чем реальность.

В водородомобилях также используется электродвигатель, однако заряжается он от химической реакции водорода и кислорода. Проблема этого вида топлива в его взрывоопасности, поэтому пока популярности такие автомобили не получили.

Ядерное (или урановое) топливо в основном используют на авианосцах, подлодках и атомных электростанциях.

СПГ — быстроразвивающийся сегмент моторного топлива. В ряде стран это топливо используется большим количеством техники, включая легковые автомобили. Это Армения, Узбекистан, Китай, Иран, Пакистан и другие.

Возможно, в ближайшем будущем человечество полностью пересядет на электромобили или будет перемещаться на водородных летающих аппаратах. А пока в наши дни мы ориентируемся на самые популярные виды топлива, известные в регионе нашего проживания. И ищем выгоду в их использовании.

Топливные карты помогут вам найти экономичный вариант использования топлива. Большой выбор карт от разных операторов, которые предоставляют выгодные условия, поможет не только экономить на топливе, но и даст поддержку в трудных ситуациях на дороге.

Например, «Татнефть» предоставит вам более 900 заправок и полный контроль за топливом. Топливная карта «Вездеход» — это 16 000 АЗС, в том числе «Роснефть», «Газпромнефть», «Лукойл», скидки и отсрочки платежа.

На нашем сайте вы найдете более 20 видов топливных карт с наилучшими условиями.

Автомобильное топливо

Требования к автомобильным топливам (технико-эксплуатационные)

 В качестве автомобильного топлива в наше время используется бензин, сжиженный или сжатый газ, а также дизельное топливо. И от качества топливных материалов зависит состояние топливной системы автомобиля.

 Качественное топливо должно обеспечивать следующие эксплуатационные свойства:

 — противоизносные – обладать хорошей смазывающей способностью и вязкостью;

 — горючесть и воспламеняемость – детонационная стойкость, температура воспламенения, концентрационные и температурные пределы воспламенения, отсутствие жестокой работы, теплота сгорания, индикаторные характеристики;

 — охлаждающие свойства – теплопроводность, теплоемкость;

 — прокачиваемость – содержание ПАВ (поверхностно-активных веществ), фильтруемость, показатели чистоты топлива, вязкостно-температурные свойства;

 — совместимость с неметаллическим материалами и коррозионная активность – воздействие на резину, содержание серы, водорастворимых кислот, сероводорода, кислотность, воздействие на различные прокладки и диафрагмы, герметики;

 — испаряемость – оценивается  давлением насыщенных паров и фракционным составом;

 —  склонность к образованию отложений – химическая и термическая стабильность потлива, возможность лако–,  смоло-, нагарообразования и интенсивность.

Показатели качества автомобильного топлива

 Все качественные показатели топлива по ГОСТу  делятся на обязательные для отдельных видов топлив (например, фракционный состав, цетановое и октановое число, давление насыщенных паров) и обязательные для всех видов топлив (содержание механических примесей, серы, воды и т.д.).

 Фракционный состав определяется зависимостью между температурами и количеством топлива, которое при этих температурах перегоняется. Выражается фракционный состав в температурах, при которых начинается перегонка (t_нп), перегоняется  (t_20%, t_70%) и заканчивается (t_кп).

 Цетановое число – это показатель воспламеняемости топлива (если двигатель с внутренним смесеобразованием). Цетановое число определяется путем сравнения с образцом (эталонным топливом). В качестве образца выступает  смесь α-метилнафталина и цетана.

 Октановое число –  показатель, определяющий детонационную стойкость топлива для двигателей с внешним смесеобразованием.   Октановое число топлива определяется путем сравнения с эталоном. Сравнивают детонационную стойкость испытуемого топлива с таким же показателем нормального гептана и изооктана на моторных установках ИТ9-6 (исследовательский метод) и ИТ9-2м (моторный метод). Обеими методами (исследовательским и моторным) позволяет определить октановое число моторная установка УИТ-65м. У жидкого топлива октановое число равно содержанию в смеси с нормальным гептаном изооктана (в процентах) у эталонного топлива, которое  равноценно испытуемому бензину по детонационной стойкости. Зачастую величина октанового числа, которое было определено  с использованием исследовательского метода на 4-10 больше, чем величина, определена  моторным методом.

Топливо с большим октановым числом может применяться при высокой степени сжатия карбюраторного двигателя.

 Кислотность показывает, сколько в топливе содержится органических кислот. Кислотность топлива является одним из показателей его коррозионных свойств.   Определяется по ГОСТ 5985-79. Выражается кислотность топлива в миллиграммах  КОН (едкого калия), который необходим для нейтрализации кислот, которые содержатся в 100 см³ топлива.

Давление насыщенных паров показывает наличие в топливе примесей легковоспламеняющихся фракций и растворенных газов.

 Содержание серы показывает, сколько содержится в сернистых соединениях топлива серы. Эти соединения после сгорания могут вызывать коррозию деталей двигателя (сернистая коррозия). Содержание в топливе серы определяется по ГОСТ 19121-73.  Это основной показатель коррозионности топлив.

 Содержание воды и механических примесей является обязательным для всех видов топлив и оценивается по ГОСТ 6370-83 и ГОСТ 2084-77.

 Наличие в топливе водорастворимых щелочей и кислот (остатки химических реагентов) свидетельствует о том, что оно предварительно проходило очистку на нефтеперегонных заводах. Такие примеси качественно определяются по ГОСТ 6307-75.

Дизельные топлива

Дизельное топливо – это жидкий продукт прямой перегонки нефти, который получают из керосино-газойлевых фракций. Дизельное топливо применяется в дизельных двигателях внутреннего сгорания.

Главными потребителями дизельного топлива являются легковые дизельные автомобили, железнодорожный транспорт, военная и сельскохозяйственная  техника, водный транспорт и  грузовой автотранспорт. Кроме вышеперечисленных потребителей, соляровое масло (или остаточное дизельное топливо) еще используется для пропитки кожи, при термической и механической обработке металлов, в закалывающих, смазочно-охлаждающих жидкостях, автомобильных (и не только), а также в качестве топлива для котельных.

Дизельное топливо (ДТ), в зависимости от климатических условий использования, принято подразделять на три основных марки: марка А (арктическое),  марка З (зимнее) и марка Л (летнее).

Арктическое дизельное топливо используется при температуре окружающего воздуха до -50°С (при белее низких значениях арктическое дизельное топливо застывает). Температура вспышки данного топливного материала  25°С. Плотность не должна превышать 830 кг/м3. Арктическое дизельное топливо получают методом депарафинизации летнего ДТ, но это достаточно дорогой способ. Также можно смешать гидроочищенные, прямогонные углеводородные фракции и вторичного происхождения. По сути, арктическое дизельное топливо представляет собой утяжеленный керосин. Но керосин в чистом виде не обладает необходимыми смазывающими свойствами, цетановое число у него также довольно низкое (около 35 – 40), поэтому в арктическое дизельное топливо дополнительно вводят моторное минеральное масло (чтоб повысить смазывающую способность) и присадки, которые способствуют повышению цетанового числа.

Зимнее дизельное топливо изготавливают смешиванием вторичного происхождения,  гидроочищенных и прямогонных углеводородных фракций. Температура их выкипания составляет от 180 до 340°С. Застывает зимнее дизельное топливо при температуре -35°С. Температура вспышки его составляет 30°С. Также зимнее дизельное топливо могут изготавливать, вводя в летнее ДТ депрессорную присадку (она уменьшает температуру застывания топлива). Зимнее дизельное топливо можно получить и кустарным способом. Для этого необходимо к летнему ДТ добавить керосин КО или ТС-1. Плотность зимнего дизельного автомобильного топлива составляет около 840 кг/м³.
Летнее дизельное топливо застывает при температуре всего 5°С ниже ноля. Изготавливают также  смешиванием вторичного происхождения,  гидроочищенных и прямогонных углеводородных фракций, но температура выкипания их уже составляет от 180 до 360°С.

Газовое топливо для автомобиля

В качестве сырья для производства газового топлива для автомобилей используются продукты переработки нефти и природные газы.  
Побочным продуктом переработки нефти являются пропан-бутановые фракции. Их смесь — это и есть нефтяной сжиженный газ. Хранится нефтяной сжиженный газ в специальных баллонах в жидком агрегатном состоянии и под определенным давлением. Величина давления зависит от температуры окружающей среды. Если температура составляет около 0°С –  давление в баллоне равно 3 – 7 атмосферам. В случае, когда температура достигает 40 — 45°С —  давление может достигать 16 атмосфер. Это связано с расширением сжиженного газа при повышении температуры окружающей среды. Именно поэтому, при заправке газового баллона необходимо оставлять небольшую паровую подушку, объем которой составляет около 15 – 20% от общего объема (баллон должен быть заполнен не полностью, чтоб при повышении температуры газ мог расшириться, не создавая при этом критическое давление).  
Для заправки автомобилей сжиженным  нефтяным газом применяют две марки жидкого топлива: летнее топливо ПБА (в состав которого входит около 50% ±10% пропана, остальная часть – бутан и до 1% ненасыщенных углеводородов, иногда могут содержаться примеси этана и метана), и зимнее топливо ПА (автомобильный пропан, содержание в общем объеме которого составляет 90%±10%).
Сжатый природный газ представляет собой метан практически в чистом виде. Метан на специальных компрессорных газонаполнительных станциях сжимается и его закачивают баллон. Давление сжатого природного газа достигает 200 атм. Показатель уменьшается по мере расходования газа.
Основным недостатком газовых топлив для автомобилей является то, что мощность двигателя, в сравнении с другими видами топлив, уменьшается. При использовании сжатого природного газа мощность двигателя автомобиля снижается приблизительно на 20%, а сжиженного нефтяного газа – на 5-7%.

Как топливные элементы повлияют на автомобильный ландшафт

12 декабря 2019 г. 02:46

Транспортный сектор является одним из наиболее заметных источников выбросов. В этом сценарии использование топливных элементов стало очень заметным. Эти элементы обладают высокой эффективностью, а их надежность в качестве альтернативного топлива для транспортных средств в последние годы возросла. Наличие поддерживающего регуляторного спектра также отвечает за рост спроса на эти клетки.

Потребление энергии в транспортном секторе больше, чем в любом другом. Наземный транспорт вносит основной вклад в потребление энергии в этой области, как правило, из-за легковых транспортных средств, включая автомобили, а также грузовых автомобилей большой грузоподъемности.

Таким образом, рост производства автомобилей послужит основным фактором увеличения спроса на топливные элементы во всем мире. Согласно отчету Министерства энергетики США за февраль 2019 года, количество автомобилей на топливных элементах на дорогах Америки выросло с 4000 до 6500 в 2015 году9.0003

Что такое топливные элементы

Топливный элемент — это электрохимическое устройство, которое преобразует химическую энергию топлива (обычно водорода) в тепло и электричество. Что отличает топливные элементы от их традиционных аналогов, так это их способность обслуживать целый ряд приложений; от крупномасштабных систем, таких как коммунальные электростанции, до чего-то такого маленького, как ноутбук.

Область применения топливных элементов широка, включая погрузочно-разгрузочные работы, переносные, стационарные, резервные источники питания и транспорт.

Топливные элементы имеют множество преимуществ по сравнению с устройствами, работающими на сжигании, с более чем 60-процентной эффективностью преобразования химической энергии топлива в электрическую энергию.

Кроме того, топливные элементы выделяют значительно меньше загрязняющих веществ, чем двигатели внутреннего сгорания, учитывая, что при преобразовании водородных топливных элементов выделяются только вода и тепло. Кроме того, меньшее количество движущихся частей обеспечивает более тихую работу двигателя при использовании топливных элементов.

Как топливные элементы «двигают» автомобильную промышленность

Самый первый автомобиль на топливных элементах, GM Electrovan, был испытан на дорогах США еще в 1966 году. Эта система поддерживалась НАСА во время космической гонки. период и включал в себя несколько достижений в области технологий топливных элементов.

С тех пор разработка топливных элементов прошла долгий путь. В соответствии с Законом об энергетической политике 1992 года водород считается альтернативным топливом и, таким образом, имеет право на налоговые льготы.

А поскольку электромобили на топливных элементах или FCEV питаются в основном водородом, это оказывается значительным стимулом для роста рынка топливных элементов.

Транспортные средства на топливных элементах обладают более высокой эффективностью по сравнению с транспортными средствами, работающими от внутреннего сгорания, поскольку они не производят выбросов выхлопных газов. FCEV в настоящее время находятся на стадии разработки, и Министерство энергетики США прилагает последовательные усилия в области исследований и разработок, чтобы сделать автомобили с водородным двигателем эффективной, доступной и безопасной альтернативой традиционному транспорту.

Ободренная верой в то, что будущее транспорта за топливными элементами, Hyundai недавно объявила о выпуске двух новых концепций на топливных элементах. сверхмощный грузовик HDC-6 Neptune Concept класса 8 и концептуальный прицеп-рефрижератор HT Nitro ThermoTech, работающий на экологически чистой энергии.

Отраслевые эксперты из Hyundai заявили, что эта комбинация прицепа и грузовика позволяет заглянуть в будущее транспорта США и придаст значительный импульс концепции компании Fuel Cell Electric Vehicle 2030, которая включает широкое внедрение технологии топливных элементов на основе водорода.

Технология топливных элементов быстро набирает обороты в автомобильном секторе, о чем свидетельствует ряд сделок между известными игроками отрасли.

• Известная энергетическая компания Cummins, известная своей легендарной технологией дизельных двигателей, недавно в сентябре этого года приобрела канадского производителя топливных элементов Hydrogenics за 290 миллионов долларов.
• Тем временем в Италии производитель грузовиков CNH Industrial NV при поддержке семьи миллиардеров Аньелли одобрил инвестиции в размере 250 миллионов долларов в Nikola Motor, стартап-фирму, работающую над развертыванием полуприцепов с водородным двигателем.
• Кроме того, в апреле крупнейший в мире производитель автозапчастей Robert Bosch сообщил о своих планах стать партнером Powercell Sweden, чтобы начать массовое производство топливных элементов к 2022 году.

Каким видится будущее транспортных средств на топливных элементах?

В последнее время отраслевые аналитики часто заявляют, что водород может стать центральной опорой преобразования энергии. Действительно, электромобили на водородных топливных элементах могут быстро заменить электромобили с батарейным питанием в качестве основной тенденции в автомобильной промышленности.

Оплот технологии топливных элементов в транспортном секторе очевиден; с многочисленными событиями, чтобы доказать это. Например, после успешной демонстрации концепции «i Hydrogen Next» — варианта внедорожника X5 на водородной основе, BMW теперь якобы разрабатывает модель X7 на водородных топливных элементах, выпуск которой ожидается в 2023 году. Электрическая версия X7 , получивший название iX7, также находится в разработке.

Тем временем Hyundai инвестировала почти 7 миллиардов долларов в разработку автомобилей на топливных элементах, а к 2030 году планирует произвести полмиллиона, включая новый внедорожник Hyundai Nexo.

Hyundai также начала сотрудничество с Audi в области разработки технологии топливных элементов. По словам уходящего генерального директора Брэма Шота, эта сделка является показателем того, что Audi вновь сосредоточилась на развитии топливных элементов.

В настоящее время разрабатывается серийный автомобиль, выпуск которого ожидается в 2021 году.

Mercedes не сильно отстает в игре на топливных элементах; он готовится к ограниченному выпуску своей революционной гибридной технологии подключаемых модулей и топливных элементов GLC F-Cell. Ожидается, что устройство будет способствовать бесперебойной работе, не беспокоясь о близости станции h3.

 

Транспортные средства на топливных элементах – автомобили

Опубликовано 20.08.2019 | Добавлено в информацию о топливных элементах

В транспортных средствах на топливных элементах (FCV) используются топливные элементы для питания электродвигателя транспортного средства. Многие FCV используют топливный элемент в сочетании с аккумулятором и суперконденсатором для эффективного запуска, питания и использования наилучшего источника энергии для постоянной и пиковой мощности. В FCV топливный элемент использует кислород из воздуха и сжатый водород. Эти транспортные средства выделяют только воду и тепло в качестве побочных продуктов. Основной причиной разработки технологии автомобильных топливных элементов является их эффективность, низкие или нулевые выбросы и производство топлива из местных источников, а не из импортных источников.

Автомобильные топливные элементы могут иметь одну или все из следующих характеристик:

• Размер топливного элемента позволяет обеспечить всю мощность транспортного средства. Батарея может присутствовать для запуска.
• Топливный элемент обычно обеспечивает постоянное количество энергии, поэтому для ускорения транспортного средства и других скачков мощности обычно включаются дополнительные устройства, такие как аккумуляторы, ультра- или суперконденсаторы и т. д.
• Топливный элемент может использоваться в качестве вторичного источника энергии. Можно установить систему, в которой аккумуляторы питают транспортное средство, а топливный элемент подзаряжает аккумуляторы при необходимости.
• Топливный элемент может управлять частью или всей электрической системой автомобиля. Иногда для движения используется другой двигатель.

Основные компоненты системы топливных элементов показаны на рисунке 1. Рабочая температура батареи топливных элементов для автомобиля находится в диапазоне от 60 до 80 ºC. Рабочие температуры выше 100 ºC улучшат теплопередачу и упростят охлаждение батареи, но в большинстве автомобильных топливных элементов используются PEMFC или DMFC , которые имеют полимерная мембрана , ограничивающая эксплуатацию до температур ниже 100 ºC.

Рис. 1. Автомобиль на водородных топливных элементах.

Система автомобильных топливных элементов может использовать различные виды топлива, и выбор топлива зависит от таких факторов, как инфраструктура подачи топлива, стоимость топлива, сложность и стоимость хранения, безопасность, экологические последствия и национальная энергетическая политика. . Надлежащее хранение водорода имеет решающее значение для массовой коммерциализации автомобилей на топливных элементах. Водород может храниться во многих формах, таких как сжатый газ, жидкость или гидриды металлов . Резервуары, содержащие сжатые газы, большие и громоздкие. Средний расход топлива новых автомобилей составляет от 20 до 30 миль на галлон; Европейские и японские автомобили в среднем еще меньше. Современные автомобили вмещают от 10 до 16 галлонов бензина или от 30 до 45 литров пространства. Поскольку водород в два раза эффективнее бензиновых автомобилей, они теоретически могут хранить от 5 до 8 кг водорода, что эквивалентно от 200 до 400 литров — значительное сокращение места, необходимого для топлива. Резервуары с жидким водородом менее громоздки, но должны храниться при чрезвычайно низких температурах.

Некоторые производители автомобилей прибегают к использованию других видов топлива для топливных элементов, но большинство производителей по-прежнему выбирают чистый водород в качестве варианта будущего. Другим вариантом для водорода является риформинг различных видов топлива на борту или прямая подача различных типов топлива в топливный элемент. Бортовой риформинг может решить проблему бортового хранения и отсутствия водородной инфраструктуры. Однако транспортные средства на топливных элементах с бортовыми процессорами представляют несколько проблем:

• Транспортные средства не имеют нулевых выбросов.
• Реформированный водород не является чистым и, следовательно, снижает эффективность топливного элемента.
• Реформинг на борту увеличивает сложность, размер, вес и стоимость всей системы.
• Долговременное воздействие топливных примесей на батарею топливных элементов.

Есть несколько компаний, которые в настоящее время работают над домашними водородными станциями на основе солнечной энергии , ветряных турбин или биотопливо . Эти методы производства водорода с низким уровнем выбросов предпочтительнее традиционных методов производства водорода, которые создают различные степени загрязнения. В конечном счете, цель состоит в том, чтобы использовать водород из экологически чистых источников, таких как химические реакции, солнечные панели + электролиз или энергия ветра + электролиз.

Коммерческие автомобили на топливных элементах

Большинство производителей автомобилей разрабатывают автомобили на топливных элементах по крайней мере пару десятилетий и продемонстрировали по крайней мере один прототип автомобиля. Эти автомобильные компании продемонстрировали свои первые прототипы автомобилей на топливных элементах в конце 19 века.90-е. Коммерческие FCV используют сжатый водород, хотя многие производители также продемонстрировали автомобиль на топливных элементах с альтернативным типом топлива, таким как метанол. General Motors, Toyota и Honda разработали собственные комплекты топливных элементов для своих автомобилей на топливных элементах. Другие производители автомобилей, такие как Ford, Mazda, DaimlerChrysler, Mazda, Hyundai, Fiat и Volkswagen, приобрели свои блоки топливных элементов у компаний-производителей топливных элементов, таких как Ballard. С 2008 по 2014 год в небольших количествах было выпущено более 20 типов автомобилей на топливных элементах, включая Honda FCX Clarity, GM Hydrogen4 и Mercedes-Benz F-Cell. Эти автомобили были выпущены только в Калифорнии, Нью-Йорке, Японии и Европе.

В таблице 1 представлена ​​сводная информация о транспортных средствах на топливных элементах, находящихся в настоящее время в производстве и имеющихся в продаже. Первым коммерческим автомобилем на водородных топливных элементах стал Hyundai Tucson FCEV, представленный в 2013 году. В 2015 году Toyota представила Toyota Mirai в США, Японии и Европе. Honda Clarity FCV начала продаваться в Калифорнии в 2016 году. Как показано в Таблице 1, у него самый высокий рейтинг дальности пробега EPA среди всех автомобилей с нулевым уровнем выбросов в США с комбинированным показателем пробега по городу/шоссе 67 миль на галлон бензина. эквивалент (MPGe).

Автомобиль	Производство	Комбинированное топливо Эконом	Диапазон	Наличие
Тойота Мирай	2015 — настоящее время	66 миль на галлон	312 миль (502 км)	Продается и сдается в аренду в Японии, Калифорнии, Европе, Квебеке и Объединенных Арабских Эмиратах.
Хонда ясность	2016 — настоящее время	67 миль на галлон	366 миль (589 км)	Сдан в аренду в Японии, Южной Калифорнии, Европе.
Топливный элемент Hyundai Tucson	2014 — настоящее время	49 миль на галлон	265 миль (426 км)	Сданы в аренду в Южной Корее, Калифорнии, Европе и Ванкувере.

Таблица 1. Транспортные средства на топливных элементах, имеющиеся в продаже.

Усовершенствования автомобилей на топливных элементах

Несмотря на то, что значительные усилия были затрачены на автомобильные топливные элементы, все еще необходимо решить серьезные проблемы, прежде чем автомобили на топливных элементах смогут начать массовое производство. Некоторые из этих проблем включают в себя:

• Необходимо создать новые технологии, методы массового производства и материалы для снижения стоимости производства топливных элементов.
• Если используется топливо, отличное от водорода, может возникнуть проблема отравления катализатора угарным газом. Катализатор может нуждаться в замене или обновлении с течением времени.
• Размер и вес топливных баков.
• Отсутствие достаточной водородной инфраструктуры.

Самым большим препятствием на пути внедрения автомобилей на топливных элементах является отсутствие водородной инфраструктуры. Создание новой топливной инфраструктуры является чрезвычайно дорогостоящим (но не более дорогостоящим, чем создание инфраструктуры для метанола или этанола). Однако по всему миру уже существует более 150 водородных заправочных станций. Как показано в Таблице 2, Япония лидирует в мире по количеству водородных заправочных станций (100), за ней следуют США (44). Водород, произведенный из природного газа, может быть дешевле бензина. Водород, полученный из воды и электричества путем гидролиза, дороже, чем бензин с использованием традиционных методов, если только не используется дешевое электричество в непиковые периоды или не используются солнечные батареи.

Страна	Количество станций
США	44
Канада	5
Япония	100
Южная Корея	11
Дания	6
Финляндия	3
Германия	15
Исландия	1
Италия	1
Нидерланды	3
Норвегия	1
Турция	1
Соединенное Королевство	6

Таблица 2. Водородные заправочные станции по всему миру.

Многие из этих стран в настоящее время поставили перед собой цель быстро увеличить количество водородных заправок в своей стране к 2020 году9. 0003

Заключение

Транспортные средства на топливных элементах добились значительного прогресса за последние пару десятилетий, и этот прогресс, кажется, снова увеличивается из-за интереса со стороны различных правительств. Чтобы стать желанным источником энергии в будущем, необходимо продолжать совершенствовать блок топливных элементов и производственные процессы, а также создавать экологически чистый источник водорода, который предпочтительно можно создавать на месте или рядом с ним. где он будет использоваться.

Автор: Доктор Коллин Шпигель

Доктор Коллин Шпигель — консультант по математическому моделированию и техническому письму (президент SEMSCIO) и профессор, имеющий докторскую степень. и степень магистра инженерных наук. Она имеет семнадцатилетний опыт работы в области инженерии, статистики, науки о данных, исследований и написания технических текстов для многих компаний в качестве консультанта, сотрудника и независимого владельца бизнеса. Она является автором книги « Проектирование и создание топливных элементов 9».0012» (McGraw-Hill, 2007) и «Моделирование и моделирование топливных элементов PEM с использованием MATLAB» (Elsevier Science, 2008). Ранее она владела компанией Clean Fuel Cell Energy, LLC, организацией по производству топливных элементов, которая обслуживала ученых, инженеров и профессоров по всему миру.

Метки: автомобили на топливных элементах автомобили на топливных элементах топливные элементы топливо клетки автомобили транспортное средство автомобиль на топливных элементах электромобиль электромобиль автомобильные топливные элементы автомобильный авто машина водород водородный автомобиль ФКВ ФКВ система топливных элементов ПОМТЦ ДМФК блок топливных элементов

Демонстрация и соревнование автомобилей на топливных элементах Columbia Chemical Engineering

Автор: д-р Роберт Г. Божич | 13.09.2016 | Добавлено в информацию о топливных элементах |

Первая демонстрация и соревнование автомобилей на топливных элементах Columbia Chemical Engineering были спланированы, разработаны и проведены с целью вдохновить и обучить молодых людей химической инженерии. Этот практический опыт был смоделирован по образцу конкурса ChemE Car Американского института инженеров-химиков (AIChE) с использованием автомобиля на топливных элементах X7….

Подробнее

Введение в применение топливных элементов

Автор: Dr. Colleen Spiegel | 10.04.2016 | Добавлено в информацию о топливных элементах |

Топливные элементы исследовались и разрабатывались для использования в нескольких приложениях с начала 1990-х годов. Топливные элементы могут использоваться для портативных, резервных, транспортных и стационарных источников энергии. В этой статье кратко описаны некоторые из этих применений топливных элементов.

Подробнее

История топливных элементов

Автор: доктор Коллин Шпигель | 23.01.2017 | Добавлено в информацию о топливных элементах |

Топливные элементы известны в научном сообществе уже около 150 лет. Их начали исследовать в 1800-х годах, а широко исследовали во второй половине двадцатого и начале двадцать первого века. Показан краткий обзор истории топливных элементов…

Подробнее

Конструкция системы топливных элементов

Автор: доктор Коллин Шпигель | 13.06.2017 | Добавлено в информацию о топливных элементах |

Конструкции систем топливных элементов варьируются от очень простых до очень сложных в зависимости от применения топливных элементов и желаемой эффективности системы. Система топливных элементов может быть очень эффективной, если использовать только блок топливных элементов и несколько других балансовых компонентов установки, или может потребоваться множество внешних компонентов для оптимизации…0003

Автор: доктор Коллин Шпигель | 17.09.2019 | Добавлено в информацию о топливных элементах |

Топливные элементы могут использоваться для питания электродвигателей автобусов, грузовых автомобилей и электрических скутеров. Подавляющее большинство этих топливных элементов используют кислород из воздуха и сжатый водород; поэтому эти транспортные средства выделяют только воду и тепло в качестве побочных продуктов. Основная причина разработки технологии топливных элементов для…

Подробнее

Стационарные силовые установки на топливных элементах

Автор: доктор Коллин Шпигель | 10.08.2019 | Добавлено в информацию о топливных элементах |

Топливные элементы могут использоваться для основного питания, резервного питания или комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) для стационарных приложений. Стационарные топливные элементы могут быть рассчитаны на питание от дома на одну семью до крупного бизнес-центра, что означает, что они подходят для широкого круга рынков, включая розничную торговлю, центры обработки данных, жилые дома, телекоммуникации и…

Подробнее

Чем хорош водород?

Автор: доктор Коллин Шпигель | 11.12.2019 |

Многие производители автомобилей выбрали технологию топливных элементов в качестве долгосрочного решения для замены двигателей внутреннего сгорания, когда масло перестанет течь, но ожидается, что это произойдет не раньше, чем через 15 лет (даже если мы продолжим использовать их с нынешними темпами).