Использование водородных двигателей — плюсы и минусы
На звание лучшего альтернативного топлива уже давно серьезно претендует водород. Его использование в качестве тяговой силы кажется идеальным вариантом. Но набор сложностей реализации водородного агрегата не дает возможности резкого массового внедрения. Однако, в последнее время наметилась положительная тенденция в разработках. Японские автомобильные концерны Honda и Hyundai представили успешные концепт-кары на водородной тяге, которые имеют все шансы встать на конвейер. Поддержали своих коллег и немецкие разработчики BMW. Они выпустили прототип с водородным двигателем, который пройдет обкатку на дорогах США. В широкий тираж подобное авто планируют запустить через 15 лет. Чем же привлекает производителей этот вид топлива? Что толкает их на дорогостоящие разработки и исследования?
Плюсы и минусы
Водород может оказаться единственным возобновляемым источником энергии. Продукт распада такого топливного элемента состоит из воды и тепла. Самый удачный способ получения водорода это электролиз – пропускание электрического заряда через воду. Вот и получается, что возможно создать такой агрегат, продуктом сгорания которого окажется ресурс для создания самого топлива. Если прибавить к этому экологически чистые материалы распада, то картина рисуется в очень радужных тонах. Уже созданы автомобили, оснащенные водородными двигателями, способные развивать скорость свыше 200км/час. Разработчики называют разные планируемые дистанции, которые подобные автомобили смогут проехать на одной заправке жидким водородом. И цифры эти очень приятны: от 200 км до 700 км.
Но минусы кажутся не менее впечатляющими. В процессе сгорания выделяется тепло, которое и является энергетической потерей. Следовательно, о полном возобновлении топлива речи не идет. Еще больше удручает тот факт, что для электролиза воды требуется большое количество электроэнергии. Полный цикл производства и потребления водородного топлива может оказаться финансово не обоснованным. Некоторые ученые назвали утопией переход на электромобили, так как на Земле не хватит ресурса обеспечить их требуемой энергией. Такую же аналогию можно провести и с потоковым производством водорода.
Не в пользу экотоплива и его взрывоопасность. Воздействие с воздухом или кислородом может привести к пагубным последствиям. Производители должны прилично увеличить критерии безопасности автомобилей. А маркетологи скептически оценивают свои шансы в успешной раскрутке «взрывоопасных» авто.
Водородное топливо можно использовать в обычных двигателях внутреннего сгорания. Однако и эта опция несет с собой неприятные нюансы: понижение КПД и быстрый износ деталей. И хотя при некоторых конструкторских вмешательствах КПД можно существенно повысить, вариант с использованием водорода в стандартном двигателе внутреннего сгорания не кажется удачным.
Достаточно привередливо топливо в хранении и транспортировке, что доставляет неудобство и потребителю и поставщику чистого горючего. Стоит еще отметить и громадную организационную проблему. Инфраструктура водородных заправок – дорогой и многослойный проект. Помимо серьезных экономических ресурсов подоплекой удачного развития должны стать межнациональные договоренности. Только сообща будет возможность воплотить в жизнь это экологически выгодное мероприятие.
Варианты реализации
Пока существует две реализации водородного двигателя. Первый вариант описывался выше. Это использование двигателей внутреннего сгорания газового направления с некоторой подстройкой. Такие агрегаты прямые сородичи двигателей, работающих на пропане. Такая финансово приемлемая технология способствовала разработке широкого спектра подобных моделей.
Более дорогой вариант – использование водородных топливных элементов. Это симпатичный симбиоз водородно-электрического привода. Такой элемент представляет собой электрохимический генератор, в котором вырабатывается тяговая сила. В аппарат подается водород и кислород, которые, вступая в химическую реакцию, на выходе дают пар и электроэнергию. Производство топливного водородного элемента довольно затратная процедура. Помимо дорогостоящей конструктивной реализации в самом авто, важным элементом приспособления является платина. Однако разработчики уверяют, что стоимость технологии будет неуклонно снижаться. А ученые Великобритании уже сейчас начали эксперименты по замене дорогой платины на жидкий раствор солей металла.
Есть еще один интересный метод применения водорода в двигателях. Дорогостоящий газ предлагается использовать как добавку к распространенным видам горючего, улучшая характеристики работы. Такие смеси достаточно широко применяются на тяжелой технике. КПД трудовых машин вырастает, а работа их двигателей становится чище. Достаточно удачно эксплуатируют смесь водорода и природного газа.
Перспективы и надежды
Специализированная лаборатория, базируемая в США, подсчитала примерный средний годичный расход легкового автомобиля на водородном двигателе. Они пришли к мнению, что на пробег около 20 000 км потребителю понадобиться где-то 200 кг водорода. Следовательно, дневная норма расхода чистого горючего должна составить 0.5 кг, что эквивалентно почти 2 литрам бензина. Такое соотношение играет в пользу водорода, не смотря на его относительную дороговизну. А компания Honda уже тестирует домашние заправочные водородные станции, что поможет в дальнейшем упростить процесс заправки.
Уже сейчас различные муниципальные управления закупают общественные автобусы, которые могут работать на водородном топливе. Сознательные чиновники проявляют желание немного помочь дыханию загрязненных мегаполисов. В США стоимость на топливные водородные элементы регулируются на государственном уровне.
Факт непрерывных вложений денежных и интеллектуальных ресурсов автомобильными концернами в технологию водородного двигателя говорит о том, что эти компании уверены в перспективе и рентабельности данного подхода.
Конечно, экологически-чистое водородное топливо полностью не вытеснит своих конкурентов, но ученые успешно решают негативные нюансы, чтобы область его использования была как можно шире. Такая технология должна занять свою нишу на рынке горючего, косвенно делая нашу планету чище.
