28Фев

Двс на водороде: Toyota начала испытания двигателя внутреннего сгорания на водороде — Motor

Содержание

Toyota построила водородный ДВС для гонок — ДРАЙВ

Первые боевые испытания нового мотора пройдут в рамках серии Super Taikyu 2021, а именно на 24-часовой гонке NAPAC Fuji Super TEC, которая состоится 21–23 мая.

Компания Toyota создала водородный ДВС для автогонок. Шаг необычный, учитывая, что конёк фирмы в этой области — машины на топливных элементах (Mirai). К тому же регулярно рождаются проекты применения электрохимических генераторов в гонках (последнияя затея такого плана — Forze IX). Но в данном случае японцы решили детальнее изучить потенциал ДВС на водороде. Они не первые, заметим. Но это возврат к данному направлению после паузы.

Toyota полагает, что такое расширение водородной тематики способствует дальнейшему становлению «водородного общества». Заправлять гоночный автомобиль Toyota будет водородом, добытом на станции Fukushima Hydrogen Energy Research Field в городе Намиэ, префектура Фукусима (там этот газ получают электролизом за счёт энергии от крупных полей солнечных батарей).

Мотор получился трёхцилиндровым, с рабочим объёмом 1618 см³, турбонаддувом и интеркулером. Отдача не раскрыта. Выбросы углекислого газа — почти нулевые. Почти, потому что во время работы в цилиндры может попадать (и сгорать) небольшое количество моторного масла.

Новый двигатель получил в виде опыта адаптированный под гонки хэтч Corolla Sport. Интересно, что он использует баллон со сжатым водородом, подобно системе питания в современных машинах на ТЭ. Это отличается от подхода, скажем, фирмы BMW, которая экспериментировала с ДВС на водороде семнадцать лет назад. Гоночный концепт h3R, а затем мелкосерийный седан Hydrogen 7 оснащались шестилитровым агрегатом V12, а в качестве источника топлива там стоял бак с жидким водородом. Но позже немцы оставили тему ДВС на водороде и обратились к топливным элементам.

5 причин, почему электричество и водород не заменят ДВС — журнал За рулем

10–15 лет назад переход на альтернативные виды топлива казался далеким будущим, а сейчас отказ от транспорта с ДВС — часть государственной политики развитых стран.

Франция и Великобритания планируют с 2040 года запретить продажу всех новых автомобилей, работающих на бензине или дизельном топливе, а к 2050 году автомобили с ДВС должны и вовсе исчезнуть с дорог. Правда, есть несколько «но», которые могут помешать этим планам сбыться.

1. Батареи не обеспечивают большого запаса хода

Материалы по теме

Пробег на одном заряде ограничен несколькими сотнями километров, после чего автомобиль нужно оставлять на зарядной станции на несколько часов.

При этом дизельные машины уже давно ездят больше тысячи километров на одном баке, и, чтобы продолжить поездку, нужно лишь найти ближайшую заправку и залить полный бак.

С другой стороны, энергетики работают над системой быстрой зарядки, которая позволяет заряжать автомобиль за минуты. Например, новый Hyundai Ioniq 5 с помощью подобной зарядки может получить 80% заряда батареи всего за 18 минут, при этом на полном заряде он проезжает 470–480 км по циклу WLTP.


2. Производство батарей и электричества неэкологично

Более трети электроэнергии, которая производится в мире, образуется за счет сжигания угля, — а это один из самых грязных источников энергии. С тем, что использование угля — проблема, которую нужно решать, согласен и идеолог электротранспорта Илон Маск.

Производство литий-ионных аккумуляторов, которые используются в большинстве электромобилей, тоже неэкологично. Самый яркий пример негативных последствий добычи лития — это пустыня Атакама в Чили, разрастающаяся из-за литиевых заводов. Для добычи этого редкоземельного элемента требуется гигантское количество воды, которую выкачивают из недр. Из-за этого в Атакаме осушаются оазисы и погибают животные.


3. Электромобили негде заряжать

Количество электрокаров в мире едва достигает 1%, а их владельцы уже испытывают проблемы с зарядными станциями — те часто не работают, на месте зарядок стоят обычные автомобили, а количество разъемов напоминает о досмартфоновской эре, когда каждый производитель создавал свой стандарт.

Материалы по теме

Если количество электротранспорта будет расти в геометрической прогрессии, нагрузка на электросети серьезно возрастет, так как быстрые зарядки потребуют более высоких напряжений и токов заряда. Это значит, что не все сети смогут справиться с возросшей нагрузкой.

Кроме того, есть и концептуальная проблема. На заправку полного бака автомобиля с традиционным двигателем уходит несколько минут. Для полной зарядки электромобиля сегодня требуется несколько часов, из-за чего нужно полностью менять подход к тому, чем увлечь клиентов на это время. По идее, АЗС должны превратиться в досуговые и деловые центры, но предпосылок к этому пока нет.


4. На электрокарах сложно заработать

Китай выделяет субсидии на производство электрокаров и устанавливает зарядные станции за счет бюджета, в Швейцарии электромобили избавили от ввозной пошлины, а Германия инвестирует в исследования по усовершенствованию электротранспорта. Но если отменить поддержку государства, начинаются проблемы.

Материалы по теме

В странах, где власти отменили субсидии на покупку электрокаров, продажи сразу же провалились. Электромобили пока не выдерживают конкуренции со стороны традиционного транспорта.

Модельный ряд крупных автопроизводителей пополняется, в основном, электромобилями, которые построены на базе премиальных моделей. Сейчас технологии не позволяют сделать народный электрокар, который бы продавался так же, как традиционные бестселлеры, поэтому приходится компенсировать стоимость, выпуская премиум.

Пока производство электромобилей не станет рентабельным, говорить о захвате ими рынка преждевременно.

5. Батареи, в конце концов, иногда взрываются

Литий-ионные батареи имеют такое неприятное свойство, как взрывоопасность. Из-за этого авиакомпании до сих пор отказываются перевозить аккумуляторы такого типа.

Внутри этих батарей образуются «усы» — микроскопические нити из лития, которые вызывают короткое замыкание и провоцируют взрыв батареи. Из-за короткого замыкания электролит внутри аккумуляторов начинает кипеть и раскаляться. Корпус батареи не выдерживает температуры, и его содержимое начинает выливаться наружу.

Поэтому электромобили так быстро сгорают, если попадают в аварию. Более того, металлический литий вступает в реакцию с водой и образует водород, потому тушить литиевые аккумуляторы водой — плохая идея. Конечно, ученые ищут решения проблемы. Недавно они разобрались, как образуются «усы», и теперь думают, как минимизировать их появление.

Но мир по-прежнему ждет более безопасной альтернативы литий-ионных батарей для электрокаров.

Но есть же альтернатива — водородный двигатель! Или нет?

Материалы по теме

Водородный двигатель гораздо экологичнее ДВС, так как вообще не выделяет вредных для окружающей среды газов, при этом имеет гораздо более высокий КПД. На одной заправке водородные автомобили уже сейчас могут проезжать до 500 километров, а заправка водородом длится не дольше, чем бензином.

Но есть проблема — в природе водород в чистом виде практически не встречается. Поэтому приходится обходиться электролизом: под электрическим током дистиллированная вода разлагается на водород и кислород. К сожалению, сейчас для массового производства водорода дешевле всего получать электроэнергию при помощи сжигания газа или угля.

Но компании не просто так инвестируют сегодня в эту технологию десятки миллионов долларов — они верят, что со временем водородные автомобили станут новыми электрокарами.

***

Мы перечислили несколько проблем двигателей, представляющих альтернативу современным ДВС. Но важно понимать, что технологии идут вперед, и с каждым годом пробег на одном заряде увеличивается, мощность повышается, а механизмы рекуперации становятся более совершенными.

Каким будет электромобиль, который сможет потеснить традиционные машины с ДВС? Первое, о чем мечтают автомобилисты, — огромный запас хода. Второе — мощность, которой хватит, чтобы прокатиться с ветерком. И третье — не космическая цена.

Водородным двигателем внутреннего сгорания оснастили спорткар Toyota

В рамках реализации своих стремлений по созданию «углеродно-нейтрального сообщества» Toyota представила ДВС, работающий на водороде. Такой силовой агрегат уже установлен на гоночном автомобиле, который с этого месяца испытывается на треках. Японский автопроизводитель уточнил, что пока технология не готова к внедрению в серийные модели, однако тесты в условиях гонок помогут ее усовершенствовать.

Новый мотор Toyota работает как обычный прямовпрысковый бензиновый ДВС, но в качестве топлива использует сжиженный водород. Экспериментальный агрегат представляет собой рядный трехцилиндровый турбированный двигатель с рабочим объемом 1,6 литра.

Автогонщик Хироаки Исиура, выступающий за команду Toyota Gazoo Racing в японской серии Super GT, так прокомментировал свои впечатления от заездов на прототипе с водородным ДВС:

«Он не так сильно отличается [от обычных автомобилей с бензиновым двигателем], как я ожидал. Он похож на стандартный мотор. [Если бы мне ничего не сказали], я бы, наверное, подумал, что это обычный двигатель».

Toyota уделяет много внимания применению водородного топлива и стремится развивать одновременно несколько технологий, делающих автотранспорт экологичнее. Пока наибольшего результата в сфере популяризации водородомобилей компания

добилась в Японии, так как правительство страны стимулирует использование водорода. Определенные успехи в этом направлении достигнуты и в Европе.

Главное преимущество водородных ДВС перед бензиновыми и дизельными заключается в большей чистоте выбросов, которые состоят в основном из воды, получаемой при соединении водорода с кислородом в камере сгорания. Правда, при этом окисляется и содержащийся в воздухе азот, что приводит к образованию вредных оксидов, хотя и в значительно меньшем количестве, чем при сжигании бензина или дизеля.

Читайте также: Toyota будет продавать водородные генераторы для транспорта, бытовых и коммерческих приложений

Так как потребляющий водород ДВС минимально отличается по конструкции от бензинового, относительно несложно создать мотор, способный использовать попеременно оба топлива или даже их смесь. Применение такого решения позволяет повысить привлекательность водородомобилей в условиях слабо развитой заправочной инфраструктуры.

Можно ожидать, что двигатели внутреннего сгорания, способные потреблять водородное топливо, станут альтернативой электроприводу не только в сфере автотранспорта, но и в авиации, электрификация которой сильно ограничена невысокой плотностью энергии, характерной для современных аккумуляторных батарей.

Читайте также: Segway представил водородный электромотоцикл Apex h3

Источник: global.toyota

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Toyota показала прототип автомобиля с ДВС, который использует водород вместо бензина

До сих пор сочетание слов «Toyota» и «водород» стойко ассоциировалось с усилиями японского автогиганта по выпуску транспортных средств с водородными топливными ячейками. Между тем, на прошлой неделе компания продемонстрировала прототип машины, которая использует переоборудованный под потребление водорода двигатель внутреннего сгорания.

Как отмечает Reuters, честь продемонстрировать необычную силовую установку в действии выпала генеральному директору корпорации Toyota Motor Акио Тоёда (Akio Toyoda). Для этого он облачился в костюм автогонщика и шлем, сев за руль прототипа на гоночной трассе на западе Японии. Компактный автомобиль Yaris примерил двигатель внутреннего сгорания от старшей модели Corolla, переоборудованный под потребление газообразного водорода вместо бензина.

Глава Toyota во время презентации заявил: «Нашим врагом является углерод, а не двигатели внутреннего сгорания. Мы не должны концентрироваться только на одной технологии, а использовать те технологии, которыми уже владеем. Углеродная нейтральность не обязательно подразумевает лишь один вариант выбора, а оставляет место для нескольких»

.

Сообщается, что использование двигателей внутреннего сгорания для работы на водороде позволит осуществить более мягкий переход на транспорт с нулевым углеродным выбросом. Сам по себе такой вариант силовой установки не может претендовать на звание абсолютно экологически безопасного. Вместе с водяным паром из выхлопной системы такого автомобиля вылетают и частицы металла, обгорающего при работе двигателя, но этот вид транспорта в любом случае в 50 раз безопаснее для окружающей среды, чем передвигающийся на бензине. Попутным продуктом выхлопа является и оксид азота в незначительных количествах.

Для Toyota программа конверсии ДВС под работу на водороде в немалой степени может стать социальным проектом, поскольку только в Японии в автомобильной отрасли занято почти 5,5 млн человек, и сейчас промышленность существенно зависит от производства двигателей внутреннего сгорания. Даже объявившие об агрессивных темпах перехода на использование электромобилей конкуренты серьёзно обеспокоены проблемой занятости в ключе трансформации производственной системы.

Вопросы вызывает не только техническая сторона использования ДВС для работы на водороде. В том же прототипе на шасси Toyota Yaris баллоны с водородом заняли не только весь багажник (изначально достаточно скромный), но и пространство заднего ряда сидений до самого потолка. Себестоимость подобной силовой установки пока не уточняется. Зато добывать водород по разумной цене пока в промышленных масштабах не удаётся, и с углеводородным топливом чисто экономически данный энергоноситель конкурировать пока не может.

Собственно, в самой Японии к концу марта планировалось построить 160 заправочных станций, предлагающих водород, а к концу августа были построены только 154 из них. С другой стороны, по сравнению с аккумуляторными электромобилями, водородный транспорт должен гораздо быстрее пополнять запас хода, да и нагрузка на энергосистему при быстром переходе на электротягу становится слишком большой. Пока крупнейший автопроизводитель мира считает возможным предлагать собственные альтернативы повальной электрификации, но и Toyota была вынуждена объявить, что до 2025 года выпустит не менее 15 моделей электромобилей.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Группа «ГАЗ» может запустить массовое производство водородных двигателей через 2,5 года | Водородная энергетика

Гендиректор «Силовых агрегатов» компании отметил, что конструкция двигателя на водороде будет близка к конструкции газопоршневого двигателя

Группа «ГАЗ» может запустить массовое производство газопоршневого двигателя, работающего на водородном топливе, через 2,5 года. Об этом в ходе заседания комиссии Российского союза промышленников и предпринимателей (РСПП) по автомобильному и сельскохозяйственному машиностроению сообщил генеральный директор «Силовых агрегатов» группы «ГАЗ» Константин Рухани.

«Мы понимаем, что мы можем вывести серийную продукцию. Через 18 месяцев мы выйдем уже с испытаний, где-то через 2,5 года мы выйдем на собственное производство данной продукции, на конвейер», — сказал Рухани, добавив, что конструкция двигателя на водороде будет близка к конструкции газопоршневого двигателя.

«Мы считаем, что в настоящий момент, если мы придем к стратегии применения газопоршневого двигателя, работающего на водороде, мы можем получить транспортное средство на 30-40% дороже, чем нынешние. Двигатель будет менее требователен к чистоте водородного топлива», — добавил он.

В сентябре группа сообщила, что разработает первые два образца двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на водороде в 2021 году. Также в сентябре компания презентовала на выставке две модели городских водоробусов, которые созданы на базе электробуса и оснащены водородными топливными элементами. Откалиброванный образец городского автобуса с водородным двигателем внутреннего сгорания будет представлен в 2023 году.

«Группа ГАЗ» является ведущим производителем и поставщиком автобусов в России. Компания выпускает полную линейку автобусов малого, среднего, большого и особо большого классов. Модельный ряд включает городские, пригородные, междугородные автобусы пассажировместимостью от 19 до 201 человек. Компания также является крупнейшим в России поставщиком школьных автобусов.
 

Toyota против запрета автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Ридус

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


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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Водород в автомобилях: Опасности и сложности использования

Плюсы и минусы использования водорода в качестве автомобильного топлива

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

 

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

 

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

 

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

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

 

 

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

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

 

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

 

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

 

Смотрите также: Десять самых странных источников энергии для автомобильных двигателей

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

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

 

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

 

Смотрите также: Истинные радиационные опасности в нашей окружающей среде

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

Водородный автомобиль BMW: Прототип

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

Действительно ли водород на столько опасен?

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

 

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

 

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

 

И напоследок: -самые известные водородные автомобили современности:

 

Honda FCX Clarity

Mercedes-Benz F-CELL

 

Toyota Mirai

 

BMW Hydrogen 7

 

Mazda RX-8 hydrogen

Yamaha и Kawasaki объединили усилия для создания водородных двигателей

С появлением электрических мотоциклов слева и справа от множества производителей, больших и малых, мотоциклетная промышленность почти смирилась с окончательной кончиной двигателя внутреннего сгорания. Проще говоря, ответ — нет. Мы говорили о том, как несколько компаний, таких как Ducati и Porsche, вкладывают значительные средства в исследования альтернативных видов топлива с био-возобновляемыми компонентами, также известных как биотопливо.

Вдобавок к этому промежуточным звеном между прямой электрификацией двухколесных транспортных средств, похоже, является гибридизация — то, что мы наблюдаем в небольших скутерах на азиатском рынке. Есть также водородная энергия, над которой Кавасаки работает уже некоторое время. Теперь, когда произошел интересный поворот событий, еще один известный японский производитель объединяет усилия с Kawasaki. Yamaha заняла место за столом вместе с Team Green. Обе компании будут работать вместе над разработкой новых водородных двигателей для использования в будущих моделях мотоциклов.

Kawasaki давно рассматривает водород в качестве альтернативного топлива для своих автомобилей. В настоящее время у него есть технология, демонстрирующая возможность получения водорода из австралийского бурого угля в двигателях внутреннего сгорания. Кроме того, Kawasaki Heavy Industries также является владельцем первого в мире перевозчика сжиженного водорода под названием «The Suiso Frontier». Помимо мотоциклов, Kawasaki также стремится производить двигатели с водородным двигателем для тяжелых транспортных средств и оборудования, такого как наземные и морские суда. , а также турбогенератор на водороде.

Между тем, Yamaha тоже заявила о своих твердых намерениях стать экологичнее. Фактически, компания ставит перед собой цель достичь 100-процентной углеродной нейтральности к 2050 году. В не столь отдаленном будущем мы можем ожидать, что другие крупные игроки присоединятся к Kawasaki и Yamaha в гонке по производству двухколесных транспортных средств с водородным двигателем. . Suzuki и Honda также изложили планы изучения альтернативных видов топлива и углеродно-нейтральных решений наряду с разработкой электромобилей.

Cummins получает награду от правительства Великобритании за ускорение разработки водородных двигателей для двигателей средней и большой мощности

Камминс Инк.(NYSE: CMI) объявила сегодня, что ее программа по водородному двигателю внутреннего сгорания (h3-ICE) начинает разработку 6,7-литрового двигателя средней мощности и 15-литрового двигателя большой мощности.

«Мы поставили важные цели в рамках нашей стратегии устойчивого развития PLANET 2050, в том числе цель нулевого уровня выбросов, — сказал Срикант Падманабхан, президент подразделения двигателей Cummins Inc. источники энергии и энергетические решения.В то время как варианты использования электрических силовых агрегатов на батареях и топливных элементах являются многообещающими, сочетание зеленого водорода в проверенной технологии двигателей внутреннего сгорания обеспечивает важное дополнение к будущим решениям с нулевым уровнем выбросов».

На основе платформ следующего поколения целью новых водородных двигателей является достижение нулевого уровня выбросов углекислого газа , а также повышение удельной мощности и улучшение теплового КПД.

«Лидерство и глубокие знания Cummins на мировом рынке транспортных средств, работающих на природном газе, и технологий, работающих на газе, позволят нам разработать эти новые двигатели внутреннего сгорания на водородном топливе для рынков средних и тяжелых условий эксплуатации», — добавил Падманабхан.Мы готовы ускорить темпы реализации нашей программы h3-ICE, чтобы Cummins продолжал оставаться лидером в этой новой захватывающей технологии».

Разработка 6,7-литрового водородного двигателя будет сосредоточена на грузовых автомобилях средней грузоподъемности, автобусах и строительной технике, такой как экскаваторы и колесные погрузчики. Новая 15-литровая платформа позволяет использовать двигатель, работающий на водородном топливе, для большегрузных грузовиков.

Глобальные технические центры Cummins будут работать вместе, чтобы обеспечить коммерческую жизнеспособность проекта h3-ICE в глобальном масштабе.Часть опытно-конструкторских работ будет проводиться на заводе Cummins в Дарлингтоне и будет поддерживаться грантом на финансирование, недавно полученным от правительства Великобритании, предоставленным через Advanced Propulsion Center (APC), признавая потенциал Cummins h3-ICE, чтобы играть важную роль. в обезуглероживании транспорта с 2025 года.

Использование проверенных и существующих платформ двигателей для программы h3-ICE также означает, что Cummins сможет использовать свои существующие производственные мощности по производству двигателей и сеть сервисной поддержки, снижая затраты и повышая эффективность.Кроме того. компания также может сократить сроки модернизации транспортных средств и оборудования, поскольку многие существующие компоненты трансмиссии могут быть сохранены в сочетании с двигателями, работающими на водороде.

Cummins добавляет еще один важный ресурс с точки зрения интеграции водородного двигателя с сосудами для газа высокого давления и линиями подачи, которые он производит через свое СП, NPROXX, которые устанавливаются на транспортном средстве или оборудовании. Ключевая роль Cummins в расширении водородной экономики также распространяется на разработку и производство топливных элементов PEM и возобновляемого зеленого водорода с помощью электролизеров с протонообменной мембраной (PEM), что уникальным образом связывает водородную экосферу Cummins от производства до питания транспортных средств и хранения топлива.

Как двигатели внутреннего сгорания могут способствовать нулевым выбросам

Регулирующие органы ужесточают правила выбросов для дорожных грузовиков на многих крупнейших рынках мира (Иллюстрация 1). Начиная с 2030 года регулирующие органы в Европе потребуют от производителей сократить выбросы CO 2 для новых дорожных грузовиков на 30 процентов по сравнению с уровнями 2019 года.

Аудио

Прослушать эту статью

В Соединенных Штатах цель по сокращению выбросов к 2027 году на 46 процентов ниже уровня 2010 года.Пятнадцать штатов США, во главе с Калифорнией, имеют дополнительные требования, которые к 2030 году потребуют, чтобы 30 процентов продаваемых грузовиков были с нулевым уровнем выбросов. Точно так же китайские регулирующие органы требуют от OEM-производителей сократить выбросы большегрузных автомобилей на 24 процента с 2021 года по сравнению с 2012 годом. Вероятны дополнительные долгосрочные цели, учитывая, что Китай недавно присоединился к растущей группе стран с целями нулевых выбросов на или до 2060 года.

Приложение 1

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему сайту.Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Напишите нам по адресу: [email protected] Грузовые автомобили повышенной проходимости

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

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

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

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

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

Приложение 2

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

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

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

Эффективность. КПД «бак-колесо» варьируется от 75–85 % для BEV до примерно 50 % для FCEV и примерно от 40 до 45 % для двигателей внутреннего сгорания.На уровне «от скважины к колесу» различия еще более выражены: учитывая потери при преобразовании при производстве водорода из электричества и синтетического топлива из водорода, эффективность падает примерно до 35 процентов для FCEV, около 30 процентов для h3-ICE и около 20 процентов. процентов на синтетическое топливо. Полная эффективность для BEV зависит от того, где производится возобновляемая энергия (поскольку более длинные линии электропередачи означают более высокие потери) и используется ли быстрая зарядка.

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

Хотите узнать больше о нашей автомобильной и сборочной практике?

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

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

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

Экспонат 3

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

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

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

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

Повышение рентабельности аккумуляторных электромобилей за счет снижения структурных затрат

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

Экспонат 4

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

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

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

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

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

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

Преимущества

h3-ICE включают меньшие потери полезной нагрузки и требования к пространству, более быстрое время дозаправки по сравнению с грузовиками BEV, более низкие затраты и более высокие допуски на тепло и вибрацию. Эти преимущества могут быть полезны для различных сегментов транспортных средств, включая следующие:

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

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

Основы водорода — двигатели внутреннего сгорания

Водород

обладает высокой удельной энергией, высокой скоростью пламени, широким диапазоном воспламеняемости и характеристиками чистого горения, что предполагает возможность высокой производительности в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).Эти атрибуты были реализованы более чем за полвека с момента начала разработки водородных двигателей. В начале 1990-х годов FSEC провела исследования по использованию водорода в ДВС. Эта работа привела к разработке смешанного топлива под названием HYTEST. Сегодня производители автомобилей и Министерство энергетики продолжают работать над водородными двигателями внутреннего сгорания.

Заправка водородом/природным газом (топливо HYTEST) Ford Ranger, лаборатория FSEC h3
(Фотографии.Спенсер)
Существуют четыре основные проблемы, связанные с двигателями и транспортными средствами, работающими на водороде: обратное срабатывание двигателя и восприимчивость водорода к возгоранию на поверхности, несколько сниженная мощность двигателя, высокие выбросы оксида азота (NOx) и проблема хранения топлива на борту и безопасность. Хотя для большинства этих проблем были найдены частичные решения, до сих пор нет общего мнения о наилучшем методе окончательного решения всех этих проблем.

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

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

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

Другим важным вопросом, связанным с работой двигателя, особенно на смесях водорода и воздуха, близких к стехиометрическим, является степень образования NOx. Эта проблема была решена с использованием любого типа термического разбавления заряда за счет использования избыточного воздуха (концепция сжигания обедненной смеси), впрыска воды в цилиндр и рециркуляции отработавших газов. Коллективные выводы многих исследователей, по-видимому, указывают на то, что для того, чтобы в полной мере воспользоваться концепцией сжигания обедненной смеси и широкими пределами воспламеняемости водорода для снижения выбросов NOx до приемлемых уровней, необходимо ограничить работу двигателя коэффициентами эквивалентности, равными примерно 0.65 или ниже. Также можно добиться низкого уровня выбросов NOx в водородных двигателях, использующих внутреннее смесеобразование за счет DCI или впрыска через порт. В технике внутреннего смесеобразования водород подается в камеру сгорания непосредственно и под давлением. Этот подход потребовал разработки криогенной системы впрыска под высоким давлением, а также конструкции камеры сгорания с выступающими элементами, которые способствуют турбулентности и быстрому смешиванию водорода и воздуха в цилиндре.Представляется, что возможны мощные водородные двигатели, работающие на обедненной смеси, которые также производят минимальные выбросы NOx.

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

Эта работа была сосредоточена на смеси обогащенного водородом природного газа, которая позволила увеличить «предел сжигания обедненной смеси» и, таким образом, снизить выбросы двигателя без использования каталитического нейтрализатора. В ходе этой работы FSEC завершила серию испытаний смеси метана, обогащенной водородом на 30% и более, которая использовалась для запуска двигателя V8 объемом 350 кубических дюймов. Результаты показали, что выбросы оксидов азота могут быть снижены примерно на 90 процентов по сравнению с автомобилем с бензиновым двигателем.FSEC назвал водородно-метановую смесь HYTEST (любое водородно-метановое топливо с содержанием водорода более 20 процентов) и получил патент на топливо.

Для получения дополнительной технической информации о водородных двигателях внутреннего сгорания см.: http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/tech_validation/pdfs/fcm03r0.pdf.

MAZDA: автомобили на водороде | Экологические технологии

Роторный водородный двигатель чрезвычайно экологичен и идеально подходит для общества, в котором люди могут продолжать наслаждаться вождением в режиме Zoom-Zoom, заботясь о Земле

 

Водородный роторный двигатель

Водородный роторный двигатель Mazda, основанный на нашей уникальной технологии роторных двигателей, но адаптированный для использования водорода в качестве топлива, не выделяет CO2 и обеспечивает превосходные экологические характеристики.
Поскольку роторному двигателю потребовалось лишь несколько конструктивных изменений, чтобы он мог работать на водороде, Mazda смогла построить автомобили с роторным двигателем на водородном топливе по низкой цене. Кроме того, двухтопливная система позволяет автомобилю работать как на бензине, так и на водороде. Водителю не нужно беспокоиться о нехватке водорода, что делает автомобиль удобным, потому что он может путешествовать на большие расстояния в районы, где нет водородных станций.

Технологии водородного роторного двигателя RENESIS


В водородном роторном двигателе RENESIS используется непосредственный впрыск с инжектором газообразного водорода с электронным управлением.Эта система всасывает воздух из бокового порта и впрыскивает водород непосредственно во впускную камеру с помощью инжектора газообразного водорода с электронным управлением, установленного в верхней части корпуса ротора. Технология, проиллюстрированная ниже, в полной мере использует преимущества роторного двигателя при сгорании водорода.

Схема водородного роторного двигателя RENESIS

 

Посмотреть видео, показывающее движение водородного роторного двигателя

1 Характеристики RE, подходящие для сжигания водорода – естественное подавление обратного пламени –

В практическом применении водородных двигателей внутреннего сгорания предотвращение так называемого обратного воспламенения (преждевременного зажигания) является серьезной проблемой.Возгорание — это воспламенение, вызванное контактом топлива с горячими частями двигателя во время процесса впуска. В поршневых двигателях процессы впуска, сжатия, сгорания и выпуска происходят в одном месте — внутри цилиндров. В результате свечи зажигания и выпускные клапаны достигают высокой температуры из-за высокой температуры сгорания, и процесс впуска становится склонным к обратному воспламенению.

Напротив, конструкция RE не имеет впускных и выпускных клапанов, а низкотемпературная впускная камера и высокотемпературная камера сгорания разделены.Это обеспечивает хорошее сгорание и помогает избежать возгорания.

Кроме того, RE поощряет тщательное смешивание водорода и воздуха, поскольку продолжительность процесса впуска больше, чем в поршневых двигателях.

2 Комбинированное использование прямого впрыска и предварительного смешивания

Для достижения высокой производительности в режиме водородного топлива применяется система прямого впрыска путем установки инжектора газообразного водорода с электронным управлением в верхней части корпуса ротора.Конструктивно RE обладает значительной свободой расположения форсунок, поэтому хорошо подходит для прямого впрыска.

Кроме того, на впускной трубе установлен газовый инжектор для предварительного смешивания, позволяющий одновременно использовать прямой впрыск и предварительное смешивание в зависимости от условий движения. Это обеспечивает оптимальное сгорание водорода.

В режиме бензинового топлива топливо подается от той же бензиновой форсунки, что и в стандартном бензиновом двигателе.

3 Переход на обедненную смесь и EGR

Сжигание обедненной смеси и рециркуляция выхлопных газов (EGR) используются для снижения выбросов оксидов азота (NOx).NOx в основном снижается за счет сжигания обедненной смеси на низких оборотах двигателя, а также за счет рециркуляции отработавших газов и трехкомпонентного катализатора на высоких оборотах двигателя. Трехкомпонентный катализатор такой же, как и в базовой модели. Оптимальное и надлежащее использование сжигания обедненной смеси и системы рециркуляции отработавших газов обеспечивает достижение как высокой производительности, так и низкого уровня выбросов.

4 Двухтопливная система

Когда в системе заканчивается водородное топливо, она автоматически переключается на бензин. Для большего удобства водитель также может вручную переключать топливо с водорода на бензин одним нажатием кнопки.

Транспортные средства с водородным роторным двигателем

 

Premacy Hydrogen RE Hybrid/
Подключаемый модуль Hydrogen RE

Premacy Hydrogen RE Hybrid сочетает в себе водородный роторный двигатель Mazda с гибридной системой для значительного повышения производительности и практичности

Premacy Hydrogen RE Hybrid унаследовал двухтопливную систему от Mazda RX-8 Hydrogen RE и сочетает ее с недавно разработанной гибридной системой для значительного улучшения ходовых характеристик и практичности.Гибрид Premacy Hydrogen RE предоставляется в аренду государственным органам и компаниям в Японии с марта 2009 года.

Компоновка Premacy Hydrogen RE Hybrid

Усовершенствованная водородная силовая установка RE реализует волнение и мощь Zoom-Zoom!

Premacy Hydrogen RE Hybrid производит примерно на 40 процентов больше мощности, чем Mazda RX-8 Hydrogen RE, что приводит к значительному ускорению.Это также улучшает экономию топлива. Сердце автомобиля, водородный роторный двигатель, переключается с продольной на поперечную компоновку. Уменьшенное сопротивление впуску / выпуску двигателя и улучшенная эффективность сгорания обеспечивают высокую выходную мощность в широком диапазоне оборотов двигателя.
Гибридная система эффективно преобразует энергию сгорания водорода в электричество, которое приводит в движение колеса с помощью электродвигателя. Эта установка чрезвычайно энергоэффективна и обеспечивает исключительную реакцию автомобиля.В результате водители получают удовольствие от низкого расхода топлива, а также от непосредственного ощущения и мощной езды, а также от дальности езды до 200 километров на водородном топливе. Для еще большего запаса хода модель оснащена двухтопливной системой Mazda, которая позволяет автомобилю работать как на бензине, так и на водороде. Будучи Premacy, он также более удобен в использовании, чем RX-8 Hydrogen RE, предлагая большее грузовое пространство и места для пяти взрослых.

Посмотрите видео, показывающее, как работает водородный роторный автомобиль

 

«Mazda Premacy Hydrogen RE Range Extender EV» на основе «Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid».Он включает в себя подключаемую систему, большую высоковольтную батарею и двигатель с улучшенным тепловым КПД.

RX-8 Водород RE
Идеальный «зеленый» автомобиль, обеспечивающий непревзойденный баланс удовольствия от вождения и экологичности

Mazda RX-8 Hydrogen RE, разработанная и введенная в продажу Mazda, является первой в мире практической реализацией транспортного средства с водородным роторным двигателем. Без ущерба для ощущения крутящего момента и ускорения, а также без ущерба для выхлопа, характерного для двигателей внутреннего сгорания, он не выделяет CO2 и почти не выделяет NOx, что делает его идеальным «зеленым» автомобилем.В Японии автомобиль был предложен в аренду местным органам власти и предприятиям с 2006 года, а в 2008 году Mazda начала участвовать в норвежском проекте водородной магистрали HyNor.

Упаковка

Вместимость базового автомобиля — четыре взрослых человека, с двумя водородными баками, установленными в багажнике. Резервуары находятся под давлением 35 МПа, что является действующим национальным стандартом для водородных заправочных станций. Клапан заливной горловины водорода обычно используется в транспортных средствах на топливных элементах и ​​расположен на противоположной стороне клапана заливки бензина на базовом автомобиле.

Компоновка автомобиля

Могут ли водородные двигатели сделать строительство «зеленым»?

«Мы думали о строительстве электромонтажных работ; теперь мы думаем о водородной рабочей площадке». Эти слова Тима Бёрнхоупа, директора по инновациям и развитию JCB, подчеркивают, насколько быстро меняются стратегии по мере того, как строители борются за минимизацию воздействия на окружающую среду.

Тим Бернхоуп, директор по инновациям и развитию JCB.

Он рассказывал о работе JCB по созданию водородного двигателя внутреннего сгорания с нулевым выбросом CO2, разработка, которую, по его мнению, сыграет решающую роль в продвижении строительства к более устойчивому будущему.

Британский производитель оригинального оборудования построил и в настоящее время испытывает опытный образец экскаватора-погрузчика с новым водородным двигателем. JCB использует и адаптирует установленную технологию двигателей с легкодоступными компонентами: после воспламенения водорода мощность передается точно так же, как в дизельном двигателе.

В результате получился экскаватор-погрузчик, который может делать все, что может делать его традиционный дизельный родственник, и ведет себя таким же образом — с затратами на топливо, которые, как ожидается, будут очень похожи на дизельные. Скучно нормально, можно сказать.

Эта нормальность — вот что восхищает разработчиков JCB. В конце концов, если клиенты не примут эту технологию, мы не добьемся прогресса.

«Наши клиенты говорят только о двух вещах — не усложнять и не делать слишком дорого для рынка, который они обслуживают», — сказал Бернхоуп

.

Преимущества водорода

Водородный двигатель внутреннего сгорания

JCB имеет примерно такие же размеры, вес и удобство использования, что и его дизельный эквивалент, что означает, что существующее оборудование не требует значительного изменения конструкции, а необходимое обучение оператора незначительно.Однако, как признает сам Бернхоуп, предстоит пройти еще долгий путь.

Зарядка экскаватора-погрузчика с водородным двигателем JCB.

«Нашей отправной точкой было то, как мы можем использовать наш опыт в области водорода. Есть способ запустить его в производство, но пока нас ничего не пугает », — комментирует он.

«Следующий шаг — выйти на рынок с экспериментальными продуктами. Мы надеемся, что продукты будут доступны некоторым клиентам, чтобы они могли использовать их экспериментально, для обратной связи и анализа.Мы рассчитываем, что в настоящее время мы будем использовать эти двигатели в нашем ассортименте, от экскаваторов-погрузчиков среднего класса до телескопических погрузчиков — примерно от трех до четырех тонн ».

Водородная энергетика
Путь компании к водородному двигателю внутреннего сгорания начался с вызова председателя лорда Бэмфорда, результатом которого стало создание группы специалистов на заводе Power Systems в Дербишире, Великобритания.

Компания JCB давно работает над экологически чистыми дизельными двигателями — по данным производителя оборудования, дизельные двигатели, которые она производит сегодня, производят на 50% меньше CO2 по сравнению с машинами, произведенными в 2010 году.По сравнению с уровнями 1999 года наблюдается даже более резкое сокращение твердых частиц и оксидов азота.

Производитель оригинального оборудования уже выпустил успешный электрический мини-экскаватор и в настоящее время предлагает четырнадцать различных моделей в своей линейке компактного оборудования с литий-ионными батареями, включая телескопические погрузчики, ножничные подъемники, самосвалы и вилочные погрузчики. Затем, в 2020 году, был разработан гусеничный экскаватор грузоподъемностью 20 тонн, работающий на водородном топливном элементе.

В топливном элементе водород и кислород объединяются для выработки электричества, тепла и воды.

JCB заявляет, что производительность водородного экскаватора-погрузчика не ниже, чем у его дизельного аналога.

Топливные элементы, в которых используется чистое водородное топливо, полностью не содержат углерода, и их побочными продуктами являются только электричество, тепло и вода. Это фантастика для устойчивости, но и батареи, и топливные элементы имеют свои ограничения.

Компания JCB заявляет, что аккумуляторные батареи не подходят для оборудования с рабочим весом более шести тонн, такого как экскаваторы-погрузчики и большие экскаваторы.Батареи будут слишком много весить, слишком дорого обходиться и приводить к снижению производительности машины.

В то же время технология топливных элементов имеет нерешенные технические и финансовые проблемы в сочетании с опасениями по поводу надежности поставок.

«Чтобы быть ясным, мы не говорим, что топливные элементы никогда не взлетят, но впереди еще долгий путь. Мы должны быть настолько осторожны, чтобы не подвергаться итерациям проектирования, которые означают, что конечные продукты не будут доступны, скажем, до 2050 года. Мы должны начать сокращать выбросы CO2 намного, намного быстрее », — говорит Бернхоуп.

«Будущее за правильным решением для правильного оборудования. Низкие часы, малое использование, вероятно, будет батарея. Машины большего размера, работающие в более удаленных местах, где подзарядка труднее — отрасль, вероятно, будет искать другие решения. Тогда мы думаем, что водород вступит в свои права.

«Нам кажется, что будет фрагментированный рынок батарей, топливных элементов, сжигания водорода —

с маркетом для каждого в зависимости от приложения.Мы открыты для всех технологий, которые могут помочь нам на пути к нулевому выбросу CO2, но мы верим, что сжигание водорода приведет нас к нулевому выбросу CO2 намного быстрее ».

JCB заявляет, что водородная энергия может сыграть ключевую роль в сокращении выбросов в строительной отрасли.

На сегодняшний день прототип JCB для сжигания водорода проработал пару тысяч часов, и компания рассчитывает, что его расчетный срок службы будет по крайней мере таким же, как у его дизельного эквивалента.

Разработчики JCB поддерживали связь с академическими инженерами и металлургами по аспектам разработки двигателя, пытаясь улучшить топливную смесь.Результатом стал двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом с соотношением количества топлива и воздуха одна часть водорода к 100 частям воздуха, решение, которое обеспечивает нулевые выбросы и впечатляющие первые результаты.

Пока что вместимости резервуаров с водородом на нынешнем прототипе обратной лопаты, по словам одного из инженеров, вероятно, недостаточно для выполнения работы в течение всего рабочего дня. Тем не менее, стоит отметить, что это первый прототип машины, и предстоит еще много доработать и изучить.

Очевидно, что одним из вариантов, который следует рассмотреть, является увеличение емкости топливных баков, но дальнейшее повышение эффективности машины за счет изменений конструкции может снизить количество необходимого топлива, подход, который может быть применен ко всем типам машин, независимо от того, какое топливо они используют. .

Какие проблемы с цепочкой поставок?
Возможно, самым большим препятствием для успешной коммерческой разработки водородного двигателя внутреннего сгорания будут не инженерно-технические проблемы, а политическая и нормативная поддержка в сочетании с необходимостью установления отношений с новыми поставщиками.

Безусловно, JCB стремится к развитию водородного сектора, который будет стимулировать рост необходимых цепочек поставок. По словам Бернхоупа: «Мы не рассматриваем это как возможность продаж другим производителям; мы делаем это в надежде, что другие посмотрят на то, что мы делаем, и примем участие ».

Потенциал водорода в борьбе с изменением климата был полностью признан только в последние годы. Долгое время это более или менее игнорировалось регулирующими органами и политиками.

Тем не менее, потенциал водородных двигателей внутреннего сгорания был впервые признан более 200 лет назад.

В 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз сконструировал первый двигатель внутреннего сгорания, работавший на водородно-кислородной смеси.

За прошедшие с тех пор многие десятилетия десятки автомобильных провидцев, изобретателей и инженеров заигрывали с водородными двигателями внутреннего сгорания, но ни один из них не получил коммерческого развития.

Американский производитель двигателей Cummins является одним из инвесторов компании в водородной энергетике.

Сегодня энтузиазм JCB в отношении этой технологии соответствует некоторым из самых громких имен в строительстве и за его пределами. Над водородными двигателями внутреннего сгорания работают Liebherr, производитель двигателей Cummins, немецкий специалист по разработке двигателей FEV, британские инженерные консультанты Ricardo и аэрокосмический гигант Airbus. Даже Формула 1 смотрит на это.

Вся надежда на то, что их инновации и приверженность сделают возможным успешное развитие глобального рынка. На сегодняшний день компания Liebherr мало рассказала о своей работе, но в июле компания Cummins объявила, что приступила к испытаниям двигателя внутреннего сгорания, работающего на водороде.

«Мы очень довольны потенциалом водородного двигателя в плане сокращения выбросов и обеспечения мощности и производительности для клиентов», — сказал Срикант Падманабхан, президент сегмента двигателей Cummins.

«Мы используем все новые платформы двигателей, оснащенные новейшими технологиями для повышения удельной мощности, снижения трения и повышения теплового КПД, что позволяет нам избежать типичных ограничений производительности и компромиссов эффективности, связанных с переводом дизельных или газовых двигателей на водородное топливо.

«Мы добились значительного технологического прогресса и продолжим двигаться вперед. Мы с оптимизмом надеемся вывести это решение на рынок ».

Электролизер Cummins PEM, поставляющий Hybalance.

В качестве следующего шага компания планирует оценить двигатель для различных применений на шоссе и бездорожье и заявила, что водородные двигатели предлагают OEM-производителям и конечным пользователям преимущество адаптируемости, продолжая использовать знакомые механические трансмиссии с транспортными средствами и оборудованием. интеграция, отражающая интеграцию нынешних силовых агрегатов.

European Clean Hydrogen Alliance
FEV, ведущий международный разработчик автомобилей и силовых агрегатов, базирующийся в немецком городе Аахен, — еще одна компания, идущая в том же направлении. Отчасти это является ответом на создание Европейским союзом в 2020 году Европейского союза чистого водорода с целью создания интегрированного рынка водорода к 2030 году.

Действия ЕС возродили дебаты о наиболее подходящем способе использования водорода, и FEV пришла к такому же выводу, что и JCB.«Водородный двигатель внутреннего сгорания — это надежный и экономичный вариант для транспортировки с нулевым выбросом CO2. Его можно относительно просто внедрить в существующую производственную инфраструктуру, и он предлагает потенциал для существующих автомобилей », — сказал профессор Стефан Пишингер, президент и генеральный директор FEV Group.

Поскольку водород является углеродно-нейтральным топливом, из сгоревшей смазки образуется лишь минимальное количество оксида углерода, диоксида углерода и сажи. Основным компонентом выхлопных газов является оксид азота (NOx), но его низкие температуры выхлопных газов означают, что даже без дополнительной обработки выхлопных газов уровень оксидов азота уже ниже действующих пределов.

Как JCB и другие, FEV заявляет, что необходимы дальнейшие исследования, например, системы зажигания, вентиляции картера, топливной смеси и обработки выхлопных газов. Все участвующие компании хотят видеть двигатели в течение длительного времени в рабочих условиях на месте, чтобы избавиться от любых опасений, которые до сих пор не выявлены.

Возможность водородного охрупчивания — когда металлы могут стать хрупкими в результате введения и диффузии водорода в материал — является одним из предметов озабоченности, хотя на сегодняшний день о проблемах не сообщалось.Зеленые группы также отмечают, что экологические преимущества разработки водородных двигателей внутреннего сгорания зависят от того, как производится водород.

Так называемый голубой водород получают из природного газа, и при его производстве в качестве побочного продукта образуется CO2, который необходимо улавливать и хранить. В результате оппоненты утверждают, что неопределенность, связанная с технологией хранения, означает, что синий водород не является топливом с нулевым уровнем выбросов и не должен продвигаться как таковой.

С другой стороны, зеленый водород — это производство водорода из возобновляемых источников энергии посредством электролиза, процесса, при котором вода расщепляется на основные элементы — водород и кислород — с помощью электрического тока.Электроэнергия, используемая в процессе, может поступать из возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра, гидроэнергии и солнечная энергия.

Двигатели внутреннего сгорания на водороде
Помимо наличия зеленого водорода, более серьезными препятствиями, вероятно, являются необходимость политической поддержки, эффективного регулирования и создания важных цепочек поставок с новыми коммерческими партнерами. Как заметил один из инженеров-разработчиков JCB, «у нас появляется много новых друзей».

OEM-производитель надеется, что цепочки поставок будут развиваться и что производство водорода может быть увеличено в достаточной степени для удовлетворения будущего спроса, чему способствуют отчеты многих крупных корпораций, желающих выйти на рынок.

Но правительствам и регулирующим органам необходимо будет согласовать международные стандарты и быстро разработать политику производства, распределения и хранения водорода. Председатель JCB лорд Бэмфорд подчеркнул, что противодействие ископаемому топливу не должно приводить к полному отказу от двигателя внутреннего сгорания во всех его формах.

Он сказал: «Мы считаем, что следует продолжать использование и развитие технологии двигателей внутреннего сгорания (ДВС); использование ископаемого топлива в машиностроении может быть прекращено в будущем, но это не должно означать, что ДВС не играют важной постоянной роли в содействии достижению нулевых выбросов углекислого газа.

Одной из многих организаций, внимательно следящих за развитием событий, является ESTA, Европейская ассоциация аварийного автомобильного транспорта и мобильных кранов. Его участники работают над крупными строительными, энергетическими и промышленными проектами.

Директор ESTA Тон Клин. Директор

ESTA Тон Клижн сказал: «Разработка водородных двигателей внутреннего сгорания очень интересна. Мы можем только надеяться, что наши политические лидеры в Брюсселе и странах-членах ЕС идут в ногу с темпами перемен.

«Если отрасль хочет разработать новые цепи поставок, которые потребуются, нам понадобятся наши политики, чтобы продемонстрировать ясное мышление и лидерство, а это означает согласование необходимых нормативных рамок и гармонизированных стандартов.

«Мы знаем из горького опыта — и из нашей длительной кампании за гармонизацию европейских стандартов в ненормальном транспорте — что такие цели гораздо легче обсуждать, чем достигать. Мы можем только надеяться, что климатическая чрезвычайная ситуация вызовет гораздо большее чувство безотлагательности ».

Без таких соглашений огромные успехи, достигнутые JCB и другими компаниями в сфере строительства и внедорожной техники, вполне могли быть напрасными.

Эксперименты Toyota GR Yaris с водородным двигателем внутреннего сгорания

Популярность автомобилей, работающих на альтернативном топливе, растет.В то время как гибриды и электромобили побеждают в этой конкретной гонке, водородные автомобили остаются в конце списка. В 2014 году Toyota захватила рынок с Mirai — электромобилем, который заряжается с помощью водородного топливного элемента, — но в последние годы водород просто не завоевал такой популярности, как электромобили.

Toyota хочет это изменить. Японский автопроизводитель работает над улучшением своей водородной технологии, раздвигая границы, чтобы найти, как это универсальное топливо можно использовать для питания автомобилей завтрашнего дня.В новейших тестах Toyota исследуется использование водорода в двигателе внутреннего сгорания вместо традиционного топлива, такого как бензин или дизельное топливо. Toyota, после многих лет испытаний этого довольно неортодоксального источника энергии, поместила свою водородную технологию в свой шумный горячий хэтчбек GR Yaris.

Автопроизводитель начал свои эксперименты с двигателем внутреннего сгорания на водороде в 2017 году. Но только недавно он показал общественности перспективы двигателя, когда использовал двигатель в качестве сердца своего гоночного автомобиля Corolla Sport Super Taikyu.В мае Toyota отправила Corolla для участия в 24-часовой гонке на выносливость, где на водородном топливе она преодолела более 930 миль.

[См.: Следующий Defender Land Rover будет работать на водороде ]

Теперь для Yaris автопроизводитель модернизировал заводской 1,6-литровый 3-цилиндровый двигатель с турбонаддувом, изменив его топливную систему и систему зажигания для поддержки использования водорода. Это означает, что двигатель по-прежнему работает аналогично бензиновому двигателю, перекачивая топливо в цилиндр двигателя и полагаясь на процесс сгорания для создания мощности.

Хотя Toyota не раскрыла технические характеристики двигателя, она утверждает, что двигатель более отзывчив из-за более быстрого сгорания водорода по сравнению с бензином.

Автомобили с водородным двигателем в целом все еще довольно новы, и Toyota заявляет, что эта технология сгорания еще не готова для массового внедрения. Но потребители уже могут купить у автопроизводителя автомобиль с батарейным питанием, оснащенный водородным топливным элементом, который заряжает аккумулятор на ходу.

В водородном электромобиле на топливных элементах (FCEV) водород не обеспечивает прямую мощность для колес. Вместо этого топливный элемент действует как генератор, заставляя водород и кислород вступать в химическую реакцию, производя только электричество и воду — без загрязнения выхлопной трубы. Затем бортовая батарея накапливает электроэнергию и, подобно современному аккумуляторному электромобилю (BEV), энергия используется для питания бортовых электродвигателей. Преимущество FCEV по сравнению с традиционным BEV заключается в том, что для полной заправки автомобиля требуется время.В зависимости от зарядного устройства, автомобилю с батарейным питанием может потребоваться несколько часов, чтобы полностью заполнить разряженную батарею, в то время как баки FCEV с водородным двигателем можно заправить за считанные минуты на водородной заправочной станции.

[См.: Как это работает: Toyota Mirai ]

Однако у испытательного стенда

Toyota GR Yaris есть обратная сторона по сравнению с FCEV. Сжигание водорода — значительно менее эффективный процесс получения энергии по сравнению с автомобилем, оснащенным топливными элементами, и еще менее эффективный по сравнению со сжиганием бензина.Toyota не сообщила подробностей о выходной мощности или эффективности Yaris; тем не менее, двигатели внутреннего сгорания на водороде исторически были сложными для компоновки по сравнению с бензиновыми двигателями, учитывая необходимость большего рабочего объема для производства аналогичной мощности.

Двигатель внутреннего сгорания на водороде также не такой экологичный, как водородный топливный элемент. Toyota заявляет, что Yaris производит «почти нулевые выбросы выхлопных газов», а это означает, что углекислый газ и другие газы все еще могут выделяться в процессе сгорания при сжигании масла, используемого для смазки двигателя.

Но место для этой технологии вполне может быть. Враг Toyota — не электрические или бензиновые автомобили, а выбросы. Выбросы водородного двигателя внутреннего сгорания незначительны по сравнению с традиционным автомобилем с бензиновым двигателем. И хотя технология еще не готова для массового покупателя автомобилей, Toyota работает над тем, чтобы выяснить, может ли она когда-нибудь стать осуществимой. И даже если эта технология не станет дорожным горючим топливом, она может найти свое место в гонках, наряду с синтетическим топливом, чтобы сохранить звук и дух двигателя внутреннего сгорания.