Почему водородное топливо до сих пор не стало спасением человечества?

Тема вечного двигателя будоражит умы человечества не одно столетие. На заре науки изобретатели активно экспериментировали в этой области, но все их начинания перечеркнула фундаментальная физика с законами термодинамики. Они показали, что создание вечного двигателя невозможно. И хотя этот факт охладил многих, вопрос с повестки дня не снял, а просто немного его переформатировал: «Хорошо, не вечный, но что нам мешает создать двигатель, работающий на неисчерпаемом источнике?». Так и стали топливом дрова, уголь, нефть, газ и другие. Но оказалось, что всё не то.

Первый в мире паровой автомобиль на угле, созданный Фердинандом Вербистом в 1672 году (изображение с сайта wikipedia.org)

Наконец, после долгого периода исканий и разочарований человечество обратило внимание на водород. На первый взгляд в нём всё сошлось: высокая энергоёмкость, экологичность, нетоксичность и самое главное — бесконечные запасы. Как сообщает «Википедия», «одноатомная форма водорода — самое распространённое химическое вещество во Вселенной, составляющее примерно 75% всей барионной массы». Первые эксперименты с водородом в качестве топлива случились еще в начале XIX века, и вот уже в 2014 году Toyota выпустила в продажу первый в мире серийный автомобиль на водороде (стоит отметить, что первенство оспаривают и другие производители).

Водородный гибридный автомобиль Toyota Mirai — первый серийный в мире

На фоне мирового дефицита энергоносителей многие европейские политики призывают отказываться от «грязного» российского газа и переходить на «чистый» водород. Даже недавний Парижский автосалон прошел под знаменем водородных автомобилей, что должно показать всему миру, куда следует двигаться (подробно о мероприятии рассказал Владимир Нимин в отдельном материале.

Итак, путь проложен, перспективы огромны, но почему же водород до сих пор не вытеснил все другие виды топлива? Ответ на этот вопрос нам дадут физика, экономика и, как ни странно, экология.

Первое, что и так понимает большинство потребителей: водород — очень дорогое топливо. Но не просто дорогое: главная проблема экономики водорода в том, что для получения этого вида топлива нужно потратить больше энергии, чем полученный водород даст впоследствии. Закон сохранения энергии никто не отменял! Потери при получении водорода зависят от способа производства, но избавиться от них не получится. В копилку отрицательного энергобаланса также следует добавить затраты на очистку этого вещества и сложности с транспортировкой и хранением. Сейчас водород чаще всего либо «пакуется» в баллоны высокого давления (до 700 атм), либо сжижается при очень низких температурах (на один-два десятка градусов выше абсолютного нуля, который равен −273,15 °С). Несложно догадаться, что такие экстремальные условия требуют больших экономических и энергетических затрат.

Установка ожижения водорода «НПО Гелиймаш», электрическая мощность — 210 кВт!
(Изображение с сайта geliymash.ru)

С экономикой разобрались. Но тут можно возразить: «Пусть дорого, пусть энергозатратно, зато экологию спасём». И здесь всё не так просто. Дело в том, что 75% водорода добывается из природного газа, а практически вся оставшаяся часть приходится на уголь. Например, метан, не считая примесей, состоит из углерода и водорода. Этот газ разлагают на составляющие, после чего полезный водород забирается, а оставшийся углерод образует оксиды — печально известные угарный и углекислый газы, что идет вразрез с современными экологическими установками (первый вообще смертельно опасен для человека). Кратко из «Википедии» (статья «Водород»): «При производстве водорода в атмосферу поступает около 830 млн тонн [углекислого газа] CO₂». При этом в данном процессе в год расходуется около 205 млрд м³ природного газа, того самого газа, зависимость от которого так мечтает побороть Европа.

Однако можно смириться с вредностью где-то там на производстве, главное, чтобы у нас в городах ездил экологичный транспорт. Ведь, по идее, при сжигании водорода в двигателе автомобиля будет выделяться полезная энергия, а в качестве отходов образуется вода, а не выхлопные газы. Но это лишь отчасти так. В воздухе, помимо кислорода, который будет участвовать в процессе горения, присутствует другой газ — азот. И при сгорании водорода будут образовываться такие вредные вещества, как оксиды азота. Даже небольшие их концентрации могут вызвать нарушения самочувствия, боли, легочные заболевания и отравления. Кислотные дожди, которыми нас пугали в школе, тоже вызваны испарениями в атмосферу оксидов азота (справедливости ради стоит отметить, что оксиды азота образуются при использовании любого топлива с температурой сжигания выше 600 °С).

Битопливный автомобиль BMW Hydrogen 7 (двигатель может работать в двух режимах: на бензине или водороде)

Теоретически, для снижения вреда окружающей среде ответственные производители должны ставить специальные улавливающие ёмкости для углекислого газа на производстве водорода и катализаторы в автомобилях. Но мы-то знаем, что начнётся при действительно массовом переходе на это топливо. К этому еще добавятся проблемы со взрывоопасностью водорода и его текучестью (молекулы водорода очень маленькие и легкие, так что они могут проникать сквозь материалы, способные удерживать обычные газы).

Казалось бы, тупик. Но не всё потеряно, как обычно, нас выручит электричество. Оказывается, есть ещё один способ получения водорода — электролиз. С его помощью наш полезный газ можно получать из воды, при этом побочным продуктом будут не вредные газы, а очень даже полезный кислород. Только почему-то этим методом вырабатывается не более 0,1% от всего промышленного водорода. Причина проста: очень высокие цена и энергозатраты. Для сравнения, при получении водорода из газа себестоимость 1 кг составит $1,5-3, тогда как при электролизе этот показатель может превышать $10.

Электролизёр — устройство для получения водорода из воды (изображение с сайта wikipedia.org)

Также для этого метода желательно иметь развитую традиционную энергетику, которая сможет сгенерировать необходимые «излишки» для получения водорода. Это могут быть гидро- или атомные электростанции, так как себестоимость производства электричества на них наиболее низкая. Альтернативные источники, например, ветровые или солнечные станции, не смогут выдать достаточного количества энергии для производства водорода во всемирном масштабе, да и стоимость электричества на них (без учета субсидий) высокая. Получается, что даже в водородную эпоху без традиционных электростанций никуда и шагу не ступишь.

С выбросами в атмосферу при производстве топлива разобрались, теперь надо победить выхлопы в автомобилях. Это возможно благодаря отказу от ДВС и переходу на топливные элементы. Топливный элемент — это почти как аккумулятор, только активные вещества (в нашем случае водород) не находятся внутри корпуса, а подаются извне. Никаких выбросов в процессе работы, так как энергия вырабатывается в результате «холодной» реакции, ещё и КПД гораздо выше, чем в традиционных двигателях. Ставим такие элементы на автомобиль, периодически дозаправляем водородом, и всё, победа!

Mercedes-Benz GLC F-Cell — серийный легковой автомобиль на водородных топливных элементах

Но если подумать критически, то вот что мы получили: высокие денежные и энергетические затраты, технологические сложности, проблемы с транспортировкой и хранением топлива, а на выходе — всего лишь электромобиль, пусть и с немного увеличенным запасом хода.

Кратко подведём итоги:

• для государства производство водорода убыточно и экономически, и энергетически;
• водородная энергетика всё равно требует наличия ископаемого топлива или традиционных источников энергии;
• водород — очень проблемное вещество с точки зрения безопасности, хранения и транспортировки;
• при массовом производстве и использовании водорода неизбежны выбросы в атмосферу и другие вредные факторы.

Неудивительно, что экономики абсолютно всех стран не спешат с переходом на водород, а такие планы озвучивают только легкомысленные политики. Уж лучше использовать дефицитную энергию напрямую, избегая таких неудобных посредников. Так что пока удел водорода — применение в промышленности, например, в нефтепереработке или производстве удобрений. А ещё он продолжит нас радовать в дорогих и красивых автомобилях «из будущего».

Однако хотелось бы закончить на оптимистической ноте и заявить, что вечный (почти) двигатель у человечества уже практически есть! Но об этом — как-нибудь в другой раз.

Павел Михайлов

pmikhaylov-mr@list.ru

технологии

наверх

Автомобиль на водороде. Пора ли прощаться с бензином? / Хабр

Привет, Хабр! К нашей прошлой статье о водородной энергетике вы написали очень интересные и справедливые комментарии, ответы на которые вы сможете найти в этом материале, посвященном использованию водорода в автомобилях.

Действительно, в сравнении с бензином водород — одна сплошная проблема: его очень трудно хранить и непросто получать, он взрывоопасен, а водородные автомобили в разы дороже бензиновых. Но при этом водород считается наиболее перспективным видом альтернативного топлива для транспорта. К тому же, на производство водородных автомобилей инвесторы готовы тратить многомиллиардные инвестиции.

Приговор бензину уже подписан

Согласно последнему отчету BP Statistical Review of World Energy 2018, мировые разведанные запасы нефти составляют 1,696 млрд баррелей, чего при сохранении текущего уровня потребления хватит лет на пятьдесят. Неразведанные запасы нефти, предположительно, дадут нам еще полвека углеводородной энергетики, но и стоимость ее добычи может оказаться такой, что нефть попросту станет невыгодна в сравнении с другими источниками энергии. Когда месторождения с удобной добычей истощатся, цена на сырье автоматически пойдет вверх: если сейчас стоимость добычи барреля в России некоторыми оценивается в 2-3 доллара (по альтернативным оценкам, в 18 долларов), то для сланцевой нефти это уже 30-50 долларов. А впереди у человечества реальная перспектива перейти на добычу шельфовой и арктической нефти, цена которой будет еще выше.

Всплеск интереса к электротранспорту в 70-х годах XX века возник как раз на фоне скачкообразного роста цен на нефть из-за политического кризиса — недостатка в сырье не было, но четырехкратный рост цен мгновенно сделал бензиновые автомобили и нефтяную энергетику роскошью.

А еще на пути бензиновых авто встали более спорные препятствия — забота об экологии в городах и странах, где автомобильный выхлоп стал проблемой. Из-за этого, например, Германия приняла резолюцию о запрете производства автомобилей с ДВС с 2030 года. Франция и Великобритания обещают отказаться от углеводородного топлива до 2040 года. Нидерланды — до 2030 года. Норвегия — до 2025 года. Даже Индия и Китай рассчитывают запретить продажи дизельных и бензиновых авто с 2030 года. Париж, Мадрид, Афины и Мексика запретят к использованию дизельные машины с 2025 года.

Сжигание водорода в ДВС

Сжигание водорода в обычном двигателе внутреннего сгорания кажется самым простым и логичным способом применения газа, ведь водород легко воспламеняется и сгорает без остатка. Однако из-за разницы в свойствах бензина и водорода перевести ДВС на новый вид топлива оказалось не так-то просто. Сложности возникли с долгосрочной эксплуатацией движков: водород вызывал перегрев клапанов, поршневой группы и масла, из-за втрое большей, чем у бензина, теплоты сгорания (141 МДж/кг против 44 МДж/кг). Водород неплохо показывал себя на низких оборотах движка, но при росте нагрузки возникала детонация. Возможным решением проблемы была замена водорода на бензиново-водородную смесь, концентрация газа в которой динамически уменьшалась по мере роста оборотов двигателя.

Двухтопливная BMW Hydrogen 7 в кузове E65 сжигает водород в ДВС вместо бензина
Источник: Sachi Gahan / Flickr

Одним из немногих серийных автомобилей, где водород сжигался в ДВС подобно другому топливу, стал BMW Hydrogen 7, вышедший всего в 100 экземплярах в 2006–2008 годах. Модифицированный шестилитровый ДВС V12 работал на бензине или водороде, переключение между видами топлива происходило автоматически.

Несмотря на успешное решение проблемы перегрева клапанов, на этом проекте все равно поставили крест. Во-первых, при сжигании водорода мощность двигателя падала примерно на 20% — с 260 л. с. на бензине до 228 л. с. Во-вторых, 8 кг водорода хватало всего на 200 км пробега, что в разы меньше, чем в случае с дизельными элементами. В-третьих, Hydrogen 7 появился слишком рано — когда «зеленые» автомобили еще не были так актуальны. В-четвертых, ходили упорные слухи, что Агентство по охране окружающей среды США не разрешило называть Hydrogen 7 автомобилем без вредного выхлопа — из-за особенностей работы ДВС, частицы моторного масла попадали в камеру сгорания и там воспламенялись вместе с водородом.

Mazda RX-8 Hydrogen RE — тот случай, когда водород загубил всю динамику роторного двигателя. Источник: Mazda

Еще раньше, в 2003 году, была представлена двухтопливная Mazda RX-8 Hydrogen RE, добравшаяся до заказчиков только к 2007 году. При переходе на водород от мощности легендарного роторного RX-8 не оставалось и следа — мощность падала с 206 до 107 л. с., а максимальная скорость — до 170 км/ч.

BMW Hydrogen 7 и Mazda RX-8 Hydrogen RE были лебединой песней водородных ДВС: к моменту появления этих автомобилей стало окончательно ясно, что куда эффективней использовать водород в давно известных топливных элементах, чем просто жечь.

Топливные элементы в автомобилях

Первым успешным экспериментом по созданию транспортного средства на водородном топливном элементе можно считать трактор Гарри Карла, построенный в 1959 году. Правда, замена дизеля на топливный элемент снизила мощность трактора до 20 л. с.

В последние полвека водородный транспорт выпускался в штучных экземплярах. Например, в 2001 году в США появился автобус Generation II, водород для которого производился из метанола. Топливные элементы создавали мощность до 100 кВт, то есть около 136 л. с. В том же году российский ВАЗ представил «Ниву» на водородных элементах, известную под именем «Антэл-1». Электродвигатель выдавал мощность до 25 кВт (34 л. с.), разгонял авто максимум до 85 км/ч и на одной заправке работал 200 км. Единственный произведенный автомобиль остался «лабораторией на колесах».

Российский автомобиль на водородных топливных элементах — в то время технологии ушли дальше дизайна. Источник: «АвтоВАЗ»

В 2013 году Toyota встряхнула автомобильный мир, представив модель Mirai на водородных топливных элементах. Уникальность ситуации была в том, что Toyota Mirai был не концепт-каром, а готовым к серийному производству автомобилем, продажи которого начались уже год спустя.

В отличие от электромобилей на аккумуляторах, Mirai сама вырабатывала электричество для себя.

Toyota Mirai. Источник: Toyota

Электродвигатель переднеприводной Mirai имеет максимальную мощность 154 л. с., что немного для современного электромобиля, но весьма неплохо в сравнении с водородными авто прошлого. Теоретический запас хода на 5 кг водорода составляет 500 км, фактический — около 350 км. Tesla Model S по паспорту может пройти 540 км. Вот только на заправку полного бака водорода уходит 3 минуты, а батарея Tesla заряжается до 100% за 75 минут на станциях Tesla Supercharger и до 30 часов от обычной розетки на 220 В.

Постоянный ток из 370 водородных топливных элементов Mirai преобразуется в переменный, а напряжение увеличивается до 650 В. Максимальная скорость машины достигает 175 км/ч — немного в сравнении с углеводородным топливом, но более чем достаточно для повседневной езды. Для запаса энергии используется никель-металл-гидридный аккумулятор на 21 кВт∙ч, в который передаётся избыток от топливных элементов и энергия рекуперативного торможения.

Учитывая японские реалии, при которых населённые пункты могут в любой момент пострадать от землетрясения, в багажнике Mirai 2016-го модельного года установлен разъем CHAdeMO, через который можно организовать электроснабжение небольшого частного дома, что делает автомобиль генератором на колёсах с предельной ёмкостью 150 кВт∙ч.

Кстати, всего за несколько лет Toyota удалось значительно уменьшить массу генератора: если в начале века в прототипах он весил 108 кг и выдавал 122 л. с., то в Mirai топливный элемент вдвое компактней (объем 37 литров) и весит 56 кг. Справедливо будет прибавить к этому 87 кг топливных баков.

Для сравнения, популярный современный турбомотор Volkswagen 1.4 TSI схожей с Mirai мощностью 140–160 л.с. славится своей «лёгкостью» благодаря алюминиевой конструкции — он весит 106 кг плюс 38–45 кг бензина в баке. Кстати, батарея Tesla Model S весит 540 кг!

За 4 км пробега Mirai вырабатывает только 240 мл дистиллированной, относительно безопасной для питья воды — энтузиасты, пробовавшие «выхлоп» Mirai, сообщали только о лёгком привкусе пластика.

Пить воду, слитую из Mirai, безопасно, хотя сперва зрелище шокирует

В Toyota Mirai установлено сразу два бака для водорода на 60 и 62 литра, в сумме вмещающих 5 кг водорода под давлением 700 атмосфер. Toyota разрабатывает и производит водородные баки самостоятельно вот уже 18 лет. Бак Mirai сделан из нескольких слоёв пластика с углеволокном и стеклотканью. Использование таких материалов, во-первых, повысило стойкость хранилищ к деформации и пробитию, а, во-вторых, решило проблему наводораживания металла, из-за которого стальные баки теряли свои свойства, гибкость и покрывались микротрещинами.

Строение Toyota Mirai. Спереди расположен электродвигатель, топливный элемент спрятан под водительским сидением, а под задним рядом и в багажнике установлены баки и аккумулятор. Источник: Toyota

Каковы перспективы?

По оценкам Bloomberg, к 2040 году автомобили будут потреблять 1900 тераватт-час вместо 13 млн баррелей в сутки, то есть 8% от спроса на электричество по состоянию на 2015 год. 8% — пустяк, если учесть, что сейчас до 70% добываемой в мире нефти уходит на производство топлива для транспорта.

Перспективы рынка аккумуляторных электромобилей куда более явные и впечатляющие, чем в случае с водородными топливными ячейками. В 2017 году рынок электромобилей составлял 17,4 млрд долларов, в то время как водородный автомобильный рынок оценивался в 2 млрд долларов. Несмотря на такую разницу, инвесторы продолжают интересоваться водородной энергетикой и финансировать новые разработки.

Примером тому является созданный в 2017 году «Водородный совет» (Hydrogen Council), включающий 39 крупные компании, таких как Audi, BMW, Honda, Toyota, Daimler, GM, Hyundai. Его целью является исследование и разработка новых водородных технологий и их последующее внедрение в нашу жизнь.

Автомобили на водородных топливных элементах: что вам нужно знать

Время чтения 9 минут

Вождение электромобиля и остановка на несколько минут для дозаправки? Возможно ли это? Конечно, это возможно с водородными автомобилями, такими как BMW iX5 Hydrogen. Но как работает водородный автомобиль? Что такое система топливных элементов? Какие преимущества предлагает эта технология и с какими проблемами она сталкивается? Мы ответим вам на ключевые вопросы.

15 июня 2013 г.

Будьте всегда в курсе

Инновационная мобильность, захватывающие тенденции будущего и высокие обороты в минуту: подпишитесь сейчас, чтобы получать уведомления о новом контенте.

Подписка успешная .

Подписка  не удалась . Если вам нужна помощь, перейдите по ссылке для получения поддержки.

Меньше загрязняющих веществ, меньше шума, динамичное вождение — автомобили с электроприводом имеют много преимуществ для клиентов и окружающей среды. Говоря об электромобилях (➜ Читайте также: Мифы об электромобилях), большинство людей автоматически думают об автомобилях с большой батареей, заряжаемой электричеством от розетки. Тем не менее, эксперты по транспорту возлагают большие надежды на другую захватывающую технологию привода: альтернативу без вредных выбросов и без длительного времени зарядки. В частности, это относится к водородно-электрическому приводу, также называемому приводом на топливных элементах.

7 вопросов и фактов о водородных автомобилях

1. Как работает водородный привод?

2. Плюсы и потенциал водородных автомобилей

3. Сколько стоят водородные автомобили и почему?

4. Насколько экологичны и экологичны водородные приводы?

5. Существуют ли риски, связанные с водородными приводами?

6. Какую роль будут играть водородные двигатели в будущем?

7. Перспективы: у клиента есть выбор

Как работает водородный привод?

Автомобили на водороде приводятся в движение электродвигателем и поэтому классифицируются как электромобили. Распространенная аббревиатура — FCEV, сокращение от «Электромобиль на топливных элементах» — в отличие от электромобилей с батарейным питанием или аккумуляторных электромобилей, сокращенно BEV.

Есть одно существенное отличие от других электромобилей: водородные автомобили сами производят электричество. Это означает, что их питание не происходит от встроенной батареи, как в случае с чисто электрическими автомобилями или подключаемыми гибридными автомобилями, которые можно заряжать от внешнего источника питания (➜ Читайте также: Все типы электромобилей) . Вместо этого водородные автомобили фактически имеют на борту собственную эффективную силовую установку, которая преобразует водород в топливном баке в электричество. И эта силовая установка — топливный элемент.

В топливном элементе FCEV водород и кислород генерируют электрическую энергию. Эта энергия направляется в электродвигатель и/или аккумулятор по мере необходимости.

В топливном элементе происходит процесс, известный как обратный электролиз. Водород вступает в реакцию с кислородом в процессе. Водород поступает из одного или нескольких баков автомобиля, а кислород поступает из окружающего воздуха. Единственное, что производит эта реакция, — это электрическая энергия, тепло и вода, которая выходит через выхлопные газы в виде водяного пара — без каких-либо выбросов.

Электричество, вырабатываемое топливным элементом, передается двумя путями, в зависимости от того, что требует конкретная дорожная ситуация. Она течет к электродвигателю и непосредственно приводит в движение транспортное средство и/или заряжает аккумулятор, который действует как временное хранилище до тех пор, пока энергия не понадобится для привода. Эта «буферная» батарея значительно меньше, чем батарея полностью электрического автомобиля, а значит, и легче. Он также постоянно подзаряжается топливным элементом.

Как и другие электромобили (➜ Читайте также: Все о зарядке электромобилей), автомобили на водороде также могут восстанавливать или «восстанавливать» энергию торможения. В этом процессе электродвигатель преобразует кинетическую энергию автомобиля обратно в электрическую энергию и подает ее в буферную батарею.

Преимущества и потенциал автомобилей на водороде

• Автомобили на водороде работают исключительно на электричестве и имеют нулевые местные выбросы. Таким образом, ощущения от вождения аналогичны ощущениям от вождения электромобилей. А именно: динамичный, практически бесшумный разгон, так как электродвигатели выдают свой полный крутящий момент даже на малых скоростях (➜ Читайте также: Все о крутящем моменте в автомобилях).

• Главный плюс и самое большое конкурентное преимущество — короткое время заправки. В отличие от времени зарядки электромобилей, которое зависит как от модели, так и от инфраструктуры, для пополнения водородного бака BMW iX5 Hydrogen (пилотный парк) требуется всего три-четыре минуты. Это обеспечивает доступность и гибкость автомобиля в соответствии с показателями обычного автомобиля

• Транспортные средства на водороде имеют такой же запас хода, как и электромобили с очень большой емкостью аккумулятора. За одну заправку BMW iX5 Hydrogen водородом вы проедете 504 километра (согласно WLTP (➜ Читайте также: объяснение WLTP)). Запас хода водородного автомобиля не зависит от температуры наружного воздуха, поэтому он не портится в морозы.

• Водородные приводы могут помочь поставить инфраструктуру на более широкую основу, чтобы удовлетворить растущий спрос на электрические зарядные станции для всех BEV. Водород также является одним из наиболее эффективных способов хранения и транспортировки возобновляемой энергии, поэтому он играет важную роль в энергоснабжении будущего.

• FCEV используют тот же электропривод, что и BEV, но отличаются способом накопления энергии. Это означает, что маркетинг водородных автомобилей приносит пользу как топливным элементам, так и аккумуляторным технологиям, что в долгосрочной перспективе снизит затраты для всех.

Потенциал: Заправка водородом осуществляется с помощью специальных насосов. Эта инфраструктура постоянно расширяется по всему миру. Исследования, проведенные в Германии, показывают, что инфраструктура с электрическими зарядными станциями и водородными заправочными станциями в целом дешевле, чем чисто электрическая зарядная инфраструктура. Производители транспортных средств, такие как BMW, объединили усилия с производителями водорода и операторами заправочных станций в рамках инициативы Партнерство в области чистой энергии, чтобы стимулировать расширение инфраструктуры. h3 MOBILITY берет на себя планирование и эксплуатацию водородных заправочных станций в Германии.

Сколько стоят водородные автомобили и почему?

Те немногие модели на топливных элементах, которые уже доступны на рынке, по-прежнему стоят дороже, чем аналогичные электромобили с батареями или двигателями внутреннего сгорания.

Существует ряд причин, по которым водородные автомобили в настоящее время стоят дороже. Индустриализация в производстве еще не до конца развита и спрос на платину тоже играет роль. Драгоценный металл действует как катализатор в производстве электроэнергии. Однако количество платины, необходимой для автомобильных топливных элементов, уже значительно сократилось; кроме того, платина, полученная с помощью рециркуляционных каталитических нейтрализаторов, также все чаще возвращается в круговорот материалов. Низкие объемы производства также являются фактором, хотя и временным. Водородная технология очень похожа в том, как она используется во многих приложениях, например, в коммерческих транспортных средствах, поездах, самолетах или даже в стационарных решениях, поэтому можно предположить, что увеличение объемов производства принесет пользу. Также важно, что зависимость от сырья меньше, чем у BEV.

Наряду с затратами на приобретение, эксплуатационные расходы играют важную роль в рентабельности и принятии технологии привода. В случае с водородным автомобилем они не в последнюю очередь зависят от цены на топливо. Килограмм водорода в настоящее время стоит около 14 евро. Автомобиль на топливных элементах может проехать около 100 километров на одном килограмме водорода. Это делает стоимость километра водородного автомобиля в настоящее время примерно такой же, как и для автомобилей внутреннего сгорания. Если производство водорода увеличится во всем мире, как прогнозируется в настоящее время, цена за килограмм в Германии может реально упасть примерно до 4–6 евро к 2030 году9. 0014

Насколько экологичны и экологичны водородные двигатели?

Автомобиль, который использует только рекуперативную энергию и не производит вредных выбросов, был бы идеальным с экологической точки зрения. Насколько близок автомобиль на топливных элементах к достижению этого идеала по сравнению с другими типами привода?

• По закону альтернативные приводы должны быть спроектированы таким образом, чтобы уменьшить выброс загрязняющих веществ, в частности, вредного для климата CO2, а также других вредных для здоровья газов, таких как оксиды азота. Выхлопной воздух водородного автомобиля состоит из чистого водяного пара. Таким образом, привод на топливных элементах не имеет вредных выбросов. Это означает, что воздух в городах остается чистым. Но защищает ли он климат в то же время?

• Это зависит от того, как был получен водород. Производство водорода требует электроэнергии. В процессе электролиза электрическая энергия расщепляет воду на отдельные компоненты водорода и кислорода. Если используемая электроэнергия поступает из возобновляемых источников энергии, производство водорода имеет нейтральный углеродный след. Если, с другой стороны, используется ископаемое топливо, это в конечном итоге отрицательно сказывается на климатическом следе водородного автомобиля. Насколько сильным будет это воздействие, зависит от используемого энергетического баланса. В этом отношении водородный автомобиль ничем не отличается от других электромобилей.

• Недостатком производства водорода является то, сколько его теряется при электролизе. Эффективность всей энергетической цепочки — от производства электроэнергии до эксплуатации транспортного средства — в настоящее время составляет лишь половину от эффективности электромобиля. Хотя если посмотреть на весь жизненный цикл FCEV и BEV, то они недалеко друг от друга.

• Однако водород можно производить в периоды переизбытка электроэнергии из возобновляемых источников энергии, поскольку производимая в настоящее время ветровая или солнечная энергия больше нигде не используется. Потенциал для этого огромен. Водород также является побочным продуктом многих промышленных процессов и слишком часто обрабатывается как отходы, т. е. не используется для дальнейшего использования. Приводы на топливных элементах предлагают здесь способ переработки водорода. В случае производства водорода из ископаемого топлива также есть возможность хранить полученный CO2 («улавливание и хранение углерода») или даже использовать его («улавливание и использование углерода») — такой водород называют «голубым». водород.

• Энергетический баланс автомобилей на топливных элементах также включает транспортировку и хранение водорода. Различные затраты на сжатие, охлаждение, транспортировку и хранение возникают в зависимости от используемой технологии транспортировки (жидкость или газ). Тем не менее транспортировка и хранение водорода по-прежнему намного сложнее и энергоемче, чем бензин или дизельное топливо. Однако, в отличие от ископаемого топлива, водород можно производить везде, где есть доступ к электричеству и воде, даже непосредственно на самих заправочных станциях, как показывают примеры в Антверпене (Бельгия) и Фюрхольцене (Германия). Транспортные расстояния могут быть значительно сокращены в будущем по мере дальнейшего расширения инфраструктуры.

В заключение можно сказать, что водородные двигатели могут сделать возможной экологически устойчивую мобильность. Однако это зависит, в частности, от использования возобновляемых источников энергии в производстве водорода и расширения технической инфраструктуры для сокращения транспортных маршрутов.

Выбросы CO2 0 г/км (смешанный)

Расход топлива 1,19 кг л/100 км (смешанный)

Запас хода на электротяге 504 в км (WLTP)

Существуют ли риски, связанные с водородными двигателями?

Что происходит, когда водород неконтролируемо реагирует с кислородом? Как многие знают из курса химии: происходит кислородно-водородная реакция. Это означает, что водород легко воспламеняется. Чтобы предотвратить неконтролируемую реакцию водорода и кислорода во время работы автомобиля на топливных элементах, водород в автомобиле хранится в газообразной форме в толстостенных баках, которые особенно безопасны. Многочисленные краш-тесты подтвердили безопасность этой конструкции: баки не пострадали, водород не вытекал.

И не забывайте: водородная технология не нова, она проверена в ряде областей. Например, нефтеперерабатывающие заводы уже используют большое количество водорода в качестве технологического газа при переработке сырой нефти. Трубопроводы и хранилища водорода также функционируют десятилетиями. Как всегда у BMW: безопасность превыше всего. Автомобили на водороде соответствуют тем же высоким стандартам безопасности, что и все автомобили Группы.

Какую роль будут играть водородные двигатели в будущем?

Компания BMW убеждена, что водород может внести все более важный вклад в устойчивую мобильность, дополняя автомобили с батарейным питанием, при условии наличия соответствующей водородной инфраструктуры с выгодной ценой на водород и снижения цен на автомобили. Когда это произойдет, электромобили FCEV могут стать технологией с нулевым уровнем выбросов, которая позволит пользователям сохранять свои гибкие привычки вождения. Важно отметить: BMW рассматривает FCEV как дополнение к электронным автомобилям с батарейным питанием, а не как конкурента. И: FCEV будет подходящим решением для водителей, которые много путешествуют и нуждаются в высокой гибкости. BMW также рассматривает возможность использования водородных технологий в производстве и логистике.

Водородный совет, глобальная инициатива членов ведущих энергетических, транспортных и промышленных компаний, также разделяет нашу веру. Совет по водороду рассматривает водород не только как устойчивый двигатель для транспортных средств в будущем, но и как чистый источник энергии для производства тепла, электричества и промышленности.

Согласно отчету МЭА (Международного энергетического агентства), водород обладает большим потенциалом в качестве энергоносителя будущего в контексте глобальной деятельности по переходу к энергетике. Способность хранить и транспортировать водород делает его пригодным для использования в самых разных областях.

Перспектива: у клиента есть выбор

У каждого водителя разные потребности и стремления к мобильности. Оливер Ципсе, председатель правления BMW AG, говорит об этом так: «Для нас центральный вопрос: какие приводы и технологии захотят наши клиенты в будущем? И как при этом добиться наилучших климатических результатов?»

Ответ от BMW заключается в открытости технологии для различных концепций привода, и водород будет играть ключевую роль в переходе на энергию как универсальный источник энергии. «Мы должны использовать потенциал водорода, чтобы ускорить трансформацию сектора мобильности. Водород — это недостающая часть головоломки для безэмиссионной мобильности; в конце концов, одной технологии будет недостаточно для обеспечения углеродно-нейтральной мобильности по всему миру», — говорит Зипсе.

Автор: Нильс Арнольд; Искусство: Лукас Лемут; Иллюстрации: Киприан Лотрингер; Фотографии: BMW

• Электромобили
• Инновации
• Проницательность
• Устойчивое развитие
• Технологии

Водород как топливо будущего? Факты и мифы

Будущее, Тенденции, Автомобили на водороде 26 августа 2022 г.

Хотя электромобили постепенно заполняют улицы, некоторые эксперты предсказывают, что водород может стать топливом будущего. Однако отсутствие зарядных станций и ограниченное предложение автомобилей на водородном топливе указывают на то, что этой технологии предстоит пройти долгий путь, прежде чем она станет массовой. Стоит ли инвестировать?

Водородное автомобильное топливо – самая важная информация

Водород – один из простейших химических элементов, который входит в состав многих химических соединений, особенно воды. Его количество практически не ограничено, в отличие, например, от кобальта или никеля, запасы которых относительно невелики. Более того, водород как топливо с высокой энергетической ценностью позволяет преодолевать гораздо большие расстояния, чем система, работающая только на электричестве. Однако, несмотря на то, что элемент очень широко распространен в природе и может быть извлечен многими способами, создание из него высокоэнергетического топлива, которое можно использовать для питания автомобилей, требует затрат дополнительной энергии. Другой вопрос – эффективность и безопасность использования водородного топлива. Вот тут-то и приходит на помощь легкий и прочный пенопласт EPP, позволяющий экономично производить детали, обеспечивающие отличные демпфирующие и теплоизоляционные свойства, при этом не

Как производится водородное топливо?

Водород, широко используемый в промышленности, например, не подходит для использования в FCEV и не обладает хорошими энергетическими свойствами. Водород в качестве автомобильного топлива производится путем соответствующей обработки, такой как электролиз воды. Он включает в себя разложение воды на чистые ионы водорода и кислорода под воздействием проходящего через нее электричества. Хотя на сегодняшний день существует множество технологий электролиза и они все еще совершенствуются, этот метод не считается совершенным. Во-первых, это потребление электроэнергии, которая не всегда бывает «зеленой». Более того, энергию, необходимую для производства, сжатия и последующей транспортировки и хранения водородного топлива, проще и эффективнее использовать непосредственно для зарядки аккумуляторов электромобилей. Подсчитано, что на каждый килограмм чистого водородного топлива, произведенного для автомобиля, требуется от 40 до 70 кВтч энергии, и этого количества топлива достаточно, чтобы проехать 100 километров. Для сравнения, электромобилю нужно всего 20-30 кВтч, чтобы проехать такое же расстояние по шоссе.

Безопасно ли водородное топливо?

Многие сомневаются в безопасности использования водородного топлива в автомобилях. Всем известна история крушения легендарного дирижабля «Гинденбург», который был заправлен именно этим газом. Несмотря на видимость, водород как автомобильное топливо безопаснее даже бензина. Поскольку он в 14 раз легче воздуха, в случае точечной течи в баке образуется узкое, вертикальное пламя, которое не создает высокой температуры и не распространяется. Был даже эксперимент, когда в водородной машине намеренно повреждали бак. Газ мгновенно выгорел, и от огня не осталось никаких следов, кроме температуры лобового стекла, поднявшейся до 47°C. Несмотря на это, производители делают все возможное, чтобы производимые ими резервуары для хранения водородного топлива отвечали всем требованиям безопасности, придавая им многослойную структуру и защищая от любых ударов. Хорошим примером здесь являются решения для защиты резервуаров с водородом, которые мы производим из EPP.

Сколько стоит водить водородный автомобиль?

Стоимость эксплуатации автомобиля, работающего на водороде, в конечном итоге может быть ниже, чем у сопоставимых альтернативных технологий, хотя окончательная цена на водород как топливо будет зависеть от ряда факторов, таких как стоимость производства и энергия, необходимая для этого, или ставки местных налогов. Сегодня мало автомобилей с такими силовыми установками, что приводит к очень плохой доступности и более высокой цене водородного топлива. В настоящее время килограмм водорода в Европе стоит около 12,85 евро. ADAC подсчитал, что при среднем расходе автомобиля 0,8 кг на 100 км поездка обойдется в 10,28 евро. Для сравнения, для бензинового или дизельного автомобиля средний расход 6,6 л при стоимости топлива 1,90 евро, проезд на такое же расстояние будет стоить 12,54 евро.

Водородное топливо как топливо будущего – возможно ли это?

Использование водородного топлива имеет свои преимущества и недостатки, как и любая другая технология. Станет ли он жизнеспособной альтернативой BEV, будет определяться направлением, в котором технология водородных автомобилей будет развиваться в будущем. Это уже достойная альтернатива другим видам транспорта.

Преимущества использования водорода в качестве топлива

Важнейшим преимуществом использования водородных элементов является то, что они не выбрасывают в атмосферу вредных веществ. Этот тип транспортного средства производит только воду во время движения, что делает его полностью безвредным для окружающей среды. Поскольку водород как топливо имеет высокую топливную ценность, запас хода автомобилей, работающих на водороде, сравним с автомобилями внутреннего сгорания, и они быстро перезаряжаются, как и сжиженный газ. Кроме того, водород как элемент распространен в природе повсеместно, поэтому его запасы не истощатся.

Недостатки использования водорода в качестве топлива

Самой большой проблемой, связанной с использованием водорода в качестве топлива, является его транспортировка и хранение.