Смотреть что такое "Водородный автомобиль" в других словарях. Что такое водородное топливо для автомобиля и каковы его перспективы?

Рано или поздно запасы нефти по всему миру подойдут к концу. Естественно, это вряд ли произойдет прямо завтра, но уже сегодня цены на топливо на основе нефти существенно выросли. Данный факт стал хорошим стимулом для разработчиков, которые занимаются изобретением топлива будущего. К тому же это должно быть не просто топливо, а, желательно, возобновляемое топливо. Многие уверены, что машина на водороде - игрушка. Давайте посмотрим, так ли это.

Топливо будущего

Про такое топливо еще давным-давно писал в своих приключенческих романах известный писатель Жюль Верн. В одном из своих романов на тему альтернативного источника энергии писатель сказал, что продуктом для энергии станет обычная вода. И так случилось. Да, это не вымысел.

Вода, а точнее, один из ее составляющих - водород - не только первый химический элемент. Это еще и источник энергии будущего. И представьте себе, это будущее уже совсем рядом.

Сегодня японские компании производят двигатели, которые работают только на таком виде топлива. Машина на водороде от «Тойоты» - первый в мире серийный автомобиль, оснащенный данным двигателем.

Машина представляет собой седан с четырьмя дверями. В нем установлен электрический двигатель мощностью в 151 л. с. Вы спросите, при чем здесь водород, ведь мотор электрический? Давайте разберемся.

Технологии «Тойоты-Мирай»

Электрический двигатель запитан от специального конвертера. А он уже получает энергию непосредственно из водорода. Газ содержится в баках автомобиля под высоким давлением. Емкости изготовлены из

Но для реакции еще необходим кислород. Да, это так. Кислород машина получает прямо из радиатора во время движения. Одной заправки двух баков водородом будет достаточно, чтобы преодолеть на автомобиле до 480 км. Заправка занимает всего 3 минуты. За данное время в баки машины зальется 170 литров газа. В среднем машина на водороде расход составит порядка 4,7 литра на 100 км пробега.

Как это работает?

Когда водород вступает в реакцию с кислородом, происходит бурная химическая реакция, в ходе которой вырабатывается электрическая энергия. Она сохраняется в аккумуляторе. В движение автомобиль приводится синхронным двигателем переменного тока.

Технические характеристики «японца»

Максимальная скорость, на которую способна машина на водороде, составляет 180 км/ч. До 100 км автомобиль способен разогнаться всего за 9 секунд.

Кроме того что на «японце» можно ездить и не наносить вреда экологии, также данный автомобиль можно применять в домашних условиях в качестве электростанции. Инженеры и конструкторы, которые принимали участие в разработке новинки, утверждают, что при помощи такой системы ток подается на целый дом. Таким образом, можно свободно пользоваться в течение 5 дней.

Скидки на топливо для покупателей

Те жители Японии и США, которые приобретут автомобиль на водороде, получат большие скидки и бесплатную заправку своих машин. Авторы грандиозного проекта уверены, что их ждет успех. Однако другие автопроизводители не сидят сложа руки. И вскоре потребители могут получить большой выбор машин на альтернативном топливе.

Великий и ужасный

О том, что водород может стать номером 1 в вопросах альтернативного топлива, говорят достаточно давно. Еще до экономического кризиса в далеком 2008 году СМИ постоянно печатали репортажи о том, как прекрасно можно использовать силу водорода.

Любая машина на водороде считалась прорывом, а ее создателей возводили чуть ли не в лик святых. Неподготовленные читатели и автолюбители уверенно считали это настоящим прорывом, но нужно сказать, что это не так.

150 лет назад

Реальное положение вещей немного отличается от того, что пишут в блогах, посвященных альтернативной энергетике. Водород в таком качестве используется уже около 150 лет. помог выиграть войну.

Самый первый двигатель внутреннего сгорания на таком топливе был построен Ленуаром в 1860 году. Затем, в 1942 году, случился достаточно массовый перевод всей автомобильной техники именно на водородный источник энергии.

Это случилось в блокадном Ленинграде. Изначально водород должен был применяться в системах ПВО для аэростатов. Однако великие русские инженеры сумели изменить ситуацию.

Как это было?

Аэробусы применялись для защиты города. Эти, наполненные до краев водородом, летающие объекты из резины не давали возможности фашистским самолетам вести прицельную стрельбу по городу.

Однако резиновая воздушная защита имела один огромный минус. Из-за того, что оболочка аэробуса пропускала этот газ, аэробусы снижались. Вместо водорода его место занимали различные водяные пары, а также другие газы. Поэтому иногда аэробусы опускали на землю, стравливали и заправляли заново.

Для заправки аэробусов применялись лебедки и бензиновые грузовики ГАЗ АА. А в условиях блокады бензин стоил в Ленинграде очень дорого. Война истощила запасы, а Борис Шелиц, который тогда был военным техником, служил как раз на заправочной станции этих самых аэробусов. Так вот. Не стало бензина то есть совсем. Он пробовал использовать для спуска летающих тел электрические лебедки. Однако вскоре закончилось и электричество. Было испробовано множество различных источников альтернативной энергии.

Однажды военный техник подумал, что водород можно использовать иначе, чем просто стравливать в небо. Ведь тепло, которое выдает этот газ при сгорании, в 4 раза превышает таковое от угля, в 3 раза - от бензина и других нефтепродуктов. Шелиц попросил разрешения на эксперимент, и ему его подписали. Нужно ли говорить, что так появилась машина на водороде?

Принцип работы

Схема ученого сводилась к присоединению аэробуса при помощи шланга ко входному коллектору двигателя автомобиля. Водород попадал прямо в цилиндры, минуя при этом карбюратор. Дозировка водорода, а также необходимого для реакции воздуха, выполнялась при помощи дроссельной заслонки или же педалью «газа».

Первые опыты Шелиц проводил в мороз. Двигатель завелся легко, несмотря на температуру за бортом. Мотор проработал стабильно и долго. Правда, аэростаты взорвались, а Шелица контузило. После этого была придумана специальная система защиты. Она основана на водяном затворе, который исключал загорание смеси при вспышках в коллекторе мотора. Так машина на водороде стала более безопасной.

Кстати, после того как один из двигателей разобрали, на нем практически не было следов износа. В цилиндрах не было нагара, а были лишь водяным паром.

Водород спасает жизни

Изобретенная таким образом машина на водороде во время войны помогла спасти множество жизней, выстоять блокаду, а сам Шелиц получил за эту разработку награду, и даже запатентовал ее. Разработчик был награжден Красной Звездой.

Водородное такси

После войны, когда водород уже негде было достать, об этом стали забывать. Однако некоторые люди еще помнят, как на Украине, в Харькове, работало такси, но не простое, а водородное.

Сэкономить вместе с газом Брауна

В большинстве даже самых современных автомобильных ДВС топливо сгорает далеко не оптимально. Около 60% смеси воздуха и горючего просто-напросто теряются в недрах выпускного коллектора. В коллекторе смесь сгорает не полностью, а при этом еще и образует достаточно токсичные выхлопные газы.

Можно использовать водородный генератор. Это принципиально новое оборудование, которое позволит значительно сэкономить на топливе в машине. Большинство таких устройств обладают стандартной принципиальной схемой. Однако непосредственно генератор водорода для автомобилей различных производителей может иметь определенные различия.

Водород в качестве добавки к топливу хотели использовать давно. Но тогда не было систем, позволяющих оптимизировать смесь топлива и так называемого газа Брауна, который подавался в цилиндры.

Для автомобиля в своей работе применяет принцип электролиза. Вода здесь применяется в качестве катализатора. Но она не разлагается на две составляющие - кислород и водород. В современных генераторах используют не что иное, как газ Брауна. Это гидроген коричневого или же зеленого цвета. Иногда его называют водяным газом или оксигидрогеном. Формула его HHO. Его отличие в том, что он полностью безопасен и не взрывается. К тому же весь газ, который выработается, полностью поступит в цилиндры.

Подобные генераторы состоят из устройства, которое производит электролиз, и емкости. Процессы электролиза контролируются специальным модулятором. В инжекторных моторах конструкция также предусматривает оптимизатор. Он позволяет в автоматическом режиме регулировать соотношение смести топлива и воздуха с газом Брауна.

Виды катализаторов

Устройства, которые используются в электролизерах, бывают простые, с разделенными ячейками и сухого типа.

В первом случае электролизер имеет самую простую и достаточно примитивную конструкцию. Управление им тоже очень простое. Устройство способно выдавать до 0,7 л газа за минуту. Он предназначается для автомобилей с объемом двигателя до 1,4 л.

Катализатор с раздельным типом ячеек - уже нечто более эффективное. Здесь в комплекте с оборудованием имеется все необходимое программное обеспечение. Устройство может выдать порядка 2 л в минуту. Данный аппарат имеет максимальную эффективность.

Устройство сухого типа применяется преимущественно на машинах с достаточно длительными рабочими циклами. Производительность у него средняя. Она зависит от того, сколько пластин в этой конструкции. Так как пластины имеют открытое расположения, то получается обеспечить хорошее охлаждение.

Как сделать топливную ячейку для авто?

Топливную ячейку или устройство, которое будет вырабатывать водород из воды и размещаться на борту автомобиля, можно сделать самостоятельно. Сгенерированный газ затем необходимо подать во впускной коллектор. Так можно добиться существенного снижения расхода топлива, а в некоторых случаях можно увеличить мощность автомобиля.

В Соединенных Штатах генератор водорода для автомобиля производится на предприятиях, а приобрести его можно за 300 долларов. Однако мы попытаемся сделать то же самое, но своими руками.

Что нужно для сборки?

Для создания этого устройства нам понадобится канистра из полиэтилена, пластины и металлические электроды, провода для соединения, хомуты, шланги, а также герметик и лента для уплотнения. Также нужна силиконовая резина.

Инструкция по сборке

Для того чтобы сделать автомобиль на водороде своими руками, нужно найти подходящую по объему емкость. В ней будет обычная вода. Внутрь емкости, а в данном случае пластиковой канистры, можно установить металлические пластины. Будет лучше, если они будут из нержавеющей стали. К пластинам необходимо подвести электроды.

Крышка должна очень легко сниматься или же герметически закрываться и легко наполняться водой. Верхняя часть должна иметь трубку для отвода водорода прямиком во впускной коллектор вашего автомобиля. Обязательно нужно надежно загерметизировать крышку. Водород и кислород - весьма опасные газы. Затем нужно заизолировать пространство между пластинами. Так можно улучшить выработку газов и уменьшить возможные потери.

При работе данного генератора нужно внимательно следить, чтобы выводы от электродов и наших пластин не разболтались. Это влечет за собой риск пожара. Корпус нашего генератора также должен быть максимально надежным. Заизолировать крышку поможет силиконовая резина.

Модернизируем генератор

Для того чтобы улучшить систему добычи водорода, добавьте к этой системе еще одну емкость. Она должна находиться немного выше, чем первая. Соединить их можно при помощи трубок. Так можно более эффективно использовать систему.

Электронный блок

Данную часть генератора можно также собрать своими руками, особенно если есть познания в сфере электроники. Если таких познаний и навыков нет, то лучше обратиться к специалистам в этих областях. Блок управления должен в автоматическом режиме изменять ток, который подается на пластины, исходя из оборотов мотора.

Мощность можно установить лишь опытным путем на холостых оборотах мотора, а также под нагрузкой. Электронный блок должен получать информацию с датчиков автомобильной системы управления.

После монтажа этого генератора нужно еще раз удостовериться в герметичности и надежности всех соединений этой конструкции. Утечка опасна не только вероятностью взрыва, такая машина будет вести к В итоге эффект будет крайне отрицательным. Но в целом такая машина на водороде, своими руками сделанная, позволяет экономить от 25% до 40% топлива.

Подобная техника и такие способы экономии топлива уже давно и успешно используются во всем мире. Известный актер Арнольд Шварценеггер уже давно ездит на комбинированной машине, которая работает на бензине с водородом. Автомобиль обошелся кинозвезде в 150 тысяч долларов. Расход топлива на этом комбинированном двигателе составляет 5,8 л на 100 км.

Сегодня такая машина на водороде в России тоже может быть очень актуальной.

Итак, мы выяснили все особенности и принцип работы автомобилей на данном экологическом виде топлива. Как видите, это вполне реальная альтернатива сегодняшнему бензину. И есть надежды, что уже в ближайшие десятилетия человечество перейдет на новую ступень развития, где по улицам будут ездить автомобили, работающие на водороде.

Водород практически не встречается в природе в чистой форме, поэтому первая проблема, которая стоит перед одним из видов топлива будущего - получение.

Вопреки распространенному стереотипу электролиз (химический процесс, возникающий при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита и приводящий к выделению на электродах его составляющих веществ) не единственный метод производства водорода, хотя именно его предлагают применять в бытовых электролитерах.

Об использовании водорода на службе автомобиля и начальную информацию о методах получения водорода читайте далее.

Как получают водород для использования в качестве топлива для автомобиля

Водород можно получать паровой конверсией - выделением чистой его формы из летучих углеводородов, чаще всего для этого используют метан, данный способ является наиболее дешевым.

Газификация угля также дает свои "водородные плоды" за счет преобразования твердого и жидкого топлива в горючие газы.

За производство водорода посредством термического разложения воды (пиролиза) ратуют британцы, мотивируя это тем, что сырьем в подобном случае может являться обычный мусор.

Еще одними из способов добывания водорода являются частичное окисление и группа биотехнологических методов.

Последние используют явление выделения водорода микроорганизмами (например, некоторыми водорослями при недостатке кислорода и серы), либо разложение воды с участием все тех же микроорганизмов. Благодаря использованию катализаторов эффективность последнего метода можно увеличить на треть.

Как хранят добытый для использования в автомобилях водород

Следующий задачей для водородной энергетики является процесс хранения водорода, оно возможно в трех формах: в виде сжатого газа, в сжиженном или адсорбированном состоянии, когда газ удерживается в поглотившем его веществе.

Так или иначе в каждом из этих случаев приходится решать определенную проблему: сжатый газ, несмотря на свою плотность, все-таки занимает немало места, жидкий - требует низких температур, а в случае третьей формы - это поиск подходящего материала для удержания летучего топлива, обладающего высокими поглощающими свойствами и подходящими условиями аккумуляции газа (в основе своей это углеродные наноструктуры с различными вариациями).

Следующий этап в транспортировке водорода к конечному пользователю - заправка. Различают мобильные, стационарные и домашние заправочные системы. В основном в них используется газообразный водород, хотя есть и станции, работающие с жидким топливом. В данном случае все зависит от автомобиля. Например, BMW Hydrogen 7 потребляет наряду с бензином жидкий водород, а вот его конкурент от General Motors - Opel Zafira Hydrogen 3 использует 2 бака под сжатый и сжиженный газы.

Проблемы продвижения водорода как топлива

Вообще заправочная инфраструктура - один из камней преткновения для водородной отрасли: чтобы автомобили на водороде стали популярны, для них нужна обслуживающая система, а чтобы создать эту систему, необходимо достаточное количество ее пользователей.

Что в конечном итоге сдвинет с мертвой точки решение этой проблемы - покажет время, но как и всегда вся надежда возлагается на науку, хотя здесь уже возникнет другая дилемма: наука нуждается в финансировании, а инвесторам в свою очередь нужна гарантия результативности и востребованности открытий.

Преимущества и плюсы водорода как топлива для продавцов

Из привлекательных факторов водородной инфраструктуры можно выделить время заправки автомобиля - оно составляет обыкновенно 3-5 минут (1 кг топлива по данным американских ученых необходим для 96 км пробега).

Также определенно стоит подчеркнуть, что на первых порах малые и средние заправки могли бы совмещать в себе функции производства, хранения и передачи топлива потребителю, тем самым исключив расходы на транспортировку. Однако чем больше водородных автомобилей будет появляться, тем большие размеры заправочных станций будут востребованы.

Особенности потребления водородного топлива

Наконец, пришло время поговорить об особенностях потребления водородного топлива.

Во-первых, на радость борцам за экологию снижается выброс углекислого газа и вредных продуктов сгорания в атмосферу, здесь необходимо сделать ремарку о том, что данное положительное явление может нивелироваться, если для производства самого водорода будут использоваться грязные источники энергии, так что как ни крути, а водородное дитя требует более нежного обращения, если люди хотят, чтобы из него кое-что получилось в будущем.

Во-вторых, с использованием водорода экономики стран могут стать менее зависимыми от роста цен на энергоносители.

В-третьих, КПД водородного двигателя составляет 45%, что больше, чем у его дизельного аналога. Хотя мощность первого меньше, чем у второго на 20-30%, кроме того, водород может существенно увеличить износ деталей двигателя за счет вступления в реакции с материалами, из которых они изготовлены.

Безопасность водорода как топлива для автомобиля

Далее, не следует пренебрегать вопросом безопасности - водород летуч и легко воспламеняем: закрытое пространство автомобиля может заполниться опасным газом, а уже одно то, что смесь водорода и воздуха является взрывоопасной, способно напрочь оттолкнуть от его использования. Однако не следует слишком критично относиться к этим замечаниям, все знают, насколько опасны АЭС при возникновении проблем в их эксплуатации, и тем не менее они считаются самыми чистыми производителями электроэнергии.

Кроме того, не обязательно вообще кардинально менять автомобиль и вид топлива, сегодня уже есть возможность использовать гибридный транспорт, в котором, например, используется смесь водорода и дизельного топлива, что с одной стороны сокращает его расход, а с другой - уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу.

Также никто не запрещает использовать водород в других транспортных системах, скажем, железнодорожной и морской: здесь не так важна компактность топливных емкостей, а в случае применения водорода в качестве топлива, например, для подводных лодок, они приобретают существенный козырь - практически полное отсутствие шумов.

Вывод о водороде как о топливе для автомобиля

Водородной отрасли нужно дать время развиться, хотя сегодня оно как никогда напоминает ускользающий через пальцы песок, потому как уже появляются автомобили на гибридных электро-дизельных или электро-азотных двигателях, а также работающие на сжатом воздухе. Конкуренция на рынке энергоносителей крайне высока и вряд ли уменьшится в ближайшее время.

Стремительно увеличивающийся парк транспортных средств, использующих углеводородное топливо, с одной стороны, не менее стремительными темпами уменьшающиеся запасы сырой нефти, обуславливают активный поиск альтернативы топливу на основе углеводородов.

Не много правды о водородном топливе

Критерии, которым должно соответствовать топливо будущего

Биологическое топливо, производимое из растительного сырья и используемое в некоторых странах, не может полностью заменить углеводородное топливо. Его доля в современном количестве топлива для двигателей внутреннего сгорания (далее по тексту ДВС) составляет менее 1% .

Перевод на использование электроэнергии сопряжён с определёнными трудностями и ограничениями. В частности, пробег электромобилей без подзарядки не может удовлетворить даже нетребовательных автолюбителей. К тому же современная наука не в состоянии обеспечить электромобили малогабаритными и мощными аккумуляторными батареями.

Использование гибридных двигателей позволяет довольно-таки существенно уменьшить объёмы потребляемого бензина, но не избавляет полностью от его использования. Да и стоимость автомобилей с такими силовыми агрегатами не всем по карману.

Введение в водородную энергетику и топливные элементы

Новый вид топлива должен отвечать многим требованиям:

1. Иметь достаточные по объёму сырьевые ресурсы.
2. Его себестоимость не должна быть высокой.
3. Современные ДВС должны без доработок, или с их минимальным количеством, работать на новом топливе.
4. Выброс вредных веществ работающим двигателем должен быть минимальным.
5. нового топлива должна быть выше существующего.

История использования водорода в качестве топлива

Водорода как топлива для ДВС не нова. Ещё в 1806 году изобретатель Франсуа Исаак де Рива запатентовал во Франции первый двигатель на водороде. Но его изобретение не получило признания и не имело успеха. С середины XIX века в качестве топлива стал широко использоваться бензин. В блокадном Ленинграде, в условиях тотального дефицита бензина, более 600 автомобилей успешно работали на водороде. После войны этот опыт был успешно забыт.

Вернуться к водородному топливу и всерьёз заняться научными изысканиями в этой области заставил второй половины прошлого столетия. Причём такими разработками занимались учёные практически всех развитых стран.

Нужно отметить определённые успехи, достигнутые в этой области. Такие известные производители, как Honda, Toyota, Hyundaiи другие выпускают свои модели водородных автомобилей.

Варианты использования водорода как топлива

Использовать водород как топливо для автомобилей можно разными способами:

1. Используя только сам водород.
2. Используя его в смеси с другими видами топлива.
3. Применение водорода в топливных элементах.

Самый доступным методом производства водорода является сегодня электролитический метод, при котором водород получают из воды, путём воздействия сильного электрического тока, возникающего между разнополярными электродами. Сегодня более 90% добываемого водорода производится из углеводородных газов.

Использование чистого водорода для питания ДВС давно опробовано. И не получает широкого применения, в частности, по целому ряду объективных причин. А именно:

1. Большой энергозатратности сегодняшних способов получения этого вида топлива.
2. Необходимости создания и использования сверхгерметичных ёмкостей для хранения полученного водорода.
3. Отсутствия сети станций для заправки автомобилей водородом.

Из дополнительного оборудования для сжигания водорода в ДВС автомобиля, устанавливается лишь система питания водородом и бак для его хранения. Такой метод допускает использование в качестве топлива, как водорода, так и бензина. Его используют в своих водородных автомобилях такие автогиганты как BMW и Mazda.

Возможно использование водорода в смеси с традиционным углеводородным топливом. Использование такого метода обусловлено теми же проблемами, что и метод работы ДВС на чистом водороде, и даёт значительную экономию бензина или дизельного топлива.

Но самым предпочтительным многие специалисты и автопроизводители признают автомобили, работающие с использованием топливных элементов. Не вдаваясь в технические подробности этот процесс можно описать как соединение водорода и кислорода в устройстве, называемом топливным элементом, в результате которого образуется электрический ток, подающийся на электродвигатели, приводящие автомобиль в движение. Побочным продуктом этого процесса является вода, которая в виде пара выводится наружу. Такой метод активно используют такие производители автомобилей как Nissan , Toyota и Ford .

Преимущества использования водородного топлива. Самое главное достоинство водородных двигателей – . Использование водорода избавит от огромного количества всевозможных вредных веществ, попадающих в окружающее пространство в виде выхлопов при использовании углеводородных видов топлива.

Привлекательным в сегодняшних реалиях является тот факт, что не утрачивается возможность использования того же бензина.

Отсутствие сложных и дорогостоящих систем подачи топлива также, несомненно, можно отнести к существенным преимуществам ДВС на водороде перед традиционными.

Ну и, конечно же, нельзя не сказать о существенно большем КПД водородного двигателя, по сравнению с классическими вариантами ДВС.

Недостатки автомобилей на водородном топливе. К ним можно отнести увеличение веса автомобиля за счёт установки водородного бака и другого дополнительного оборудования.

Довольно-таки низкая безопасность при сжигании чистого водорода в ДВС. Весьма велика вероятность его воспламенения и даже взрыва.

Дороговизна топливных водородных элементов, на использование которых делают упор многие автопроизводители.

Несовершенство нынешних ёмкостей для хранения водорода в автомобиле. До сих пор у учёных нет однозначного мнения по поводу материалов, из которых необходимо делать автомобильные баки для водорода.

Отсутствие сети станций для заправки автомобилей водородом делает эксплуатацию водородного автомобиля весьма затруднительной.

Выводы

Несмотря на существенные технические проблемы и недоработки, использование в будущем водорода как основного вида топлива имеет . Альтернативы ему, по крайней мере, сегодня, нет.

Проблема исчерпания запасов природных ресурсов стала актуальной как никогда. Количество автомобилей постоянно растет, а вместе с тем и потребление нефти. Это значит, что если данная активность будет и дальше возрастать, то скоро все мировые запасы нефти будут исчерпаны. Именно это натолкнуло инженеров всего мира решить проблему путем изобретения автомобильных двигателей, которые могут работать без потребления нефтяных ресурсов. В качестве альтернативы выступают автомобильные двигатели на водородном топливе.

Каким образом используется водород

Если брать во внимание все существующие требования к альтернативным видам топлива, то водородное является самым оптимальным источником энергии. При получении его с помощью воды, можно надеяться в его неисчерпаемость. Кроме того, водородное топливо не приносит вреда окружающей среде.

Уже существует небольшое количество автомобилей с двигателями на водородном топливе, но массовости ещё нет. Хотя со временем это планируется.

За основу работы автомобильного двигателя на водородном топливе берется реакция молекул воды, то есть их деление на кислородные и водородные составляющие. В наше время на основе данной реакции работают два направления:

Водородные двигатели внутреннего сгорания

Относительно этого есть свои определенные нюансы. Во время работы происходит накаливание до высоких температур и соответственно сжатие, которое, в свою очередь, вызывает реакцию газа со всеми металлическими деталями механизма, а также со смазочными веществами. Если происходит даже небольшая его утечка, возможна контактная реакция с горячим коллектором, в результате чего возникает пламя. Для обеспечения безопасности рекомендуется использование роторного мотора. Поскольку между коллекторами есть определенное расстояние.

Принципы работы системы зажигания в автомобильных двигателях на водородном топливе тоже претерпевают некоторые изменения. Между работой автомобильного двигателя с внутренним типом сгорания и работой электродвигателя на основе водородных компонентов есть отличие по КПД. Но все недостатки вполне возможно исправить в будущем, поскольку это новое изобретение.

Агрегаты, работающие от водородных батарей

В основе работы таких агрегатов лежат свойства электромагнитной индукции. Этот принцип также используется при функционировании аккумуляторов из свинца. Процент КПД равен 45.

Осуществить проход через структуру мембраны под силу протонам. Данная мембрана разделяет собой заряды электродов. Таким образом, водород подается на анод, а кислород в свою очередь на катод. Проходящие через структуру мембраны протоны двигаются в сторону катода, в результате чего происходит реакция. Впоследствии происходит образование жидкости и электрического тока. Электричество бежит по проводам к электромотору и, таким образом, питает автомобильный двигатель энергией.

Водородный двигатель своими руками

Генератор

Для того, чтобы сконструировать мощный автомобильный двигатель, работающий на водородном топливе, необходимо начать свою работу с генератора. Емкость, которая является полностью герметичной, с жидкостью и погруженными в неё электродами, и есть тем самым простым генератором. Для функционирования данного приспособления необходим источник с напряжением в 12 В.

Смесь водорода с кислородом отводится через специальный штуцер, который расположен на крышке самодельной конструкции. Это является основой работы генератора для мотора на водородном топливе.

Полноценная работа системы не возможна без специального накопителя и батареи. Под корпус можно взять водопроводный фильтр или же приобрести специальную установку. У специальной установки есть одно весомое преимущество, они оборудованы электродами, обладающими высокой производительностью.

В образовании нужного газа нет никаких больших трудностей - все достаточно просто. Трудности касаются количества газа, достаточно тяжело произвести его в нужном количестве. Увеличить степень эффективности можно за счет медных электродов. Также используют электроды из нержавейки, но они менее продуктивны.

Еще понадобится электронный блок, который стабилизирует подачу тока, поскольку он имеет разную силу. Для нормальных условий реакции необходим постоянный уровень воды в емкости. Поэтому стоит сделать автоматическую подачу жидкости. Благодаря интенсивности реакции электролиза соль выделяется в достаточном количестве.

Важно! Необходимо отметить, что протекание реакции электролиза возможно только в дистиллированной воде.

Для мотора на водородном топливе готовится специальная вода в количестве 10 литров, в которую добавляется гидроксид в количестве 50 грамм.

Устройство водородного двигателя

Для работы мотора на водородном топливе понадобятся запасные емкости и отводная система. Кроме этого нужно вмонтировать специальный прибор контроля уровня жидкости.

Совет! Чтобы избежать ложной реакции нужно установить его внутри корпуса. Датчик будет подавать командные импульсы, которые обеспечат автоматическую подпитку.

Важное значение имеет датчик давления. Его включение происходит на пометке в 40 psi. В момент, когда давление повысится и достигнет пометки 45 psi, происходит отключение подкачки. В случае превышения давления выше пометки 50 psi, срабатывает установленный предохранитель.

Для установки на автомобильный двигатель с водородным типом топлива используют предохранитель, состоящий из вентиля, предназначенного для аварийной откачки и разрывного диска. Активизация разрывного диска происходит в случае, когда давление достигнет показателя 60 psi. Отвод тепла осуществляется при помощи холодной свечи.

Электрическая часть

Регуляцию частоты и ширины импульса в моторе на водородном топливе осуществляет счетчик, работающий по принципу генератора импульсного плана.

Плата мотора оснащается двумя импульсными датчиками. Ближний должен быть оборудован крупным конденсатором. Робота второго начинается при помощи выхода с контакта № 3.

Располагающийся на счетчике последний выход соединен с коммутаторами, имеющими сопротивление 220 и 820 Ом. Увеличение тока до необходимого уровня происходит за счет транзистора. Вся ответственность защиты лежит на диоде 1N4007. Что позволяет придать процессам системы стабильность.

Автомобили на водороде

Людям глубоко заинтересовавшихся идеей автомобильных двигателей на водородном топливе или двигателей с гибридной системой, лидеры авторынка могут предложить некоторые варианты автомобилей, работающих по подобным схемам. В данной сфере заметно преуспели такие концерны как Daimler, Honda, Shanghai, VW. Они выпустили на рынок автомобили с водородным типом топлива, которые достойно представили работу своих инженеров.

Работа данного автомобиля основывается на водородной системе. Он способен достигать скорости равной 160 км/час. Одной водородной заправки хватает для того, чтобы автомобиль преодолел путь в 500 км. Объем бака позволяет заправить 5 килограмм водорода в сжиженном виде. С каждым днем интерес автолюбителей к данной модели автомобиля растет.

Данный автомобиль относится к серии «B-class» и оснащен электромотором на водородном топливе, который увеличил свою мощность на 115 л.с. Одной заправки достаточно для того, чтобы автомобиль преодолел расстояние в 400 километров. На данный момент автомобиль Mercedes F-Cell не порадовал публику своим появлением, и сейчас инженеры работают над его совершенствованием.

Это еще один представитель «семерочной» линейки автоконцерна BMW. Он обладает ДВС гибридного типа. Источниками энергии является водород и бензин. Двигатель на водородном топливе системы Hydrogen заставил своих изобретателей потрать над его созданием около 20 лет. Этот автомобиль достигает отметки спидометра в 100 км/час всего за 9,5 секунд.

Заключение

Обеспокоенность мирового общества возможным появлением дефицита запасов нефти, привело к поискам новых технологических решений, которые стали бы достойной альтернативой. Именно так возникла идея разработки автомобильного двигателя, который смог работать на водородном топливе. Пока она не успела достигнуть широкого распространения, но интерес к такой новинке с каждым днем растет с положительной динамикой.

Водородные топливные элементы. Как это сделано:

Данная статья является вашим путеводителем в мире транспортных средств, которые используют водород в качестве топлива. Мы рассмотрим водород как альтернативный источник топлива со стороны науки, практичности применения, а также экономики и экономии.

К концу десятилетия, транспортные средства, перемещающиеся на водороде, от таких производителей как GM, Honda, Hyundai, Mercedes-Benz и Toyota, должны понемногу появляться в дилерских сетях. Они будут надежны и универсальны, хотя и будут стоить целое состояние, плюс ко всему заправить их будет очень нелегко. Очевидно, что для топливных элементов из водорода существует много препятствий, которые нужно преодолеть, чтобы проложить путь к потребителям. Ниже приведена схема, как получается топливный элемент .

КАК РАБОТАЕТ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И ВООБЩЕ, ЧТО ЭТО ТАКОЕ?

Прокачивая кислород и водород через катоды и аноды, которые находятся в контакте с платиновым катализатором, происходит химическая реакция, в результате которой мы получаем воду и электрический ток. Набор из нескольких элементов (ячеек) необходим для того, чтобы увеличить заряд в 0,7 вольт в одной ячейке, что приведет к более высокому, более полезному напряжению. Топливные элементы могут быть до 80 процентов эффективнее обыкновенного бензина. Кроме того, даже уже существующие и активно применяемые современные альтернативные источники топлива в автомобилях типа растительного масла (об этом подробней ) или природного газа, не так эффективны как водородное топливо , ввиду того что они не возобновляемы.

ГДЕ МЫ ВОЗМЕМ ВОДОРОД ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ТОПЛИВА?

Революция топливных элементов не может начаться без достаточного количества АЗС, поэтому заметное отсутствие данной инфраструктуры по-прежнему затравливает развитие водорода как альтернативного вида топлива. Хотим отметить, что в данной статье мы будем говорить больше об американском рынке водородного топлива, ибо в России, об этом , пока и речи быть не может. Слишком велико лоббирование нефтяных интересов власть имущими. Так вот, старые оправдания уже давно перестали удовлетворять пытливые умы американцев. Все они видят общественные транспортные средства передвигающиеся на топливных элементах, такие как Honda FCX Clarity, которые каждый день перевозят людей на работу и с работы. Так почему же до сих пор нет заправочных станций?

В России похожая ситуация происходит с метановыми заправками. В небольших городах таких заправок существует 1-2 штуки, в результате чего к ним выстраиваются сумасшедшие очереди из маршрутных такси и небольших грузовых автомобилей. Мешает развитию метановых заправок опять же нефтяное лобби. В Америке же причина задержки развития инфраструктуры заправок с водородным топливом немного другая. Об этом далее.

Рядовому Американцу, в зависимости от того, где он живет, возможно, придется немного подождать появления водородных заправочных станций. Еще пять лет назад общественное мнение сходилось на том, что «водородные автомобильные дороги» будут стимулировать будущее, что в США уже планируется посторенние станций вдоль Калифорнийского побережья, от Мэна до Майами.

Просто добавь воды. Солнечные водородные станции компании Honda используют энергию солнца и электролизер для того, чтобы отделить «Н» от «О» в Н2О. После отделения водород хранится в баке под давлением в 34.47 МПа (мегапаскаль). Используя только солнечную энергию, станция может производить около 5 700 литров водорода ежегодно (этого топлива практически достаточно для одного автомобиля на год). При подключении к электрической сети, станция может производить до 26 тысяч литров в год .

Теперь появилась новая идея: создать скопление станций в одном месте для обслуживания достаточно большого района. Использование такого плана предполагает развитие данного рыночного сегмента вблизи от заправочных станций, и делает водород более привлекательным видом топлива для потенциального покупателя автомобиля.

То, откуда вы будете брать водородное топливо, также будет зависеть от того, где вы живете и какие ресурсы вам доступны. В ближайшем будущем, АЗС будут заправлять автомобили водородом, доставленным на танкерах с крупных предприятий по реформингу топлива, поставки которого ни чем не будут уступать современным поставкам бензина с нефтеперегонных заводов. В долгосрочной перспективе, местные водородные заводы научаться извлекать пользу из местных ресурсов и из возобновляемых источников энергии.

Способ отделения водорода путем парового метанового реформинга применим к ископаемому топливу, как правило, к природному газу, его нагревают и добавляют катализатор. Природный газ не является возобновляемым источником энергии, но он распространен на территории нашего государства, и Министерство энергетики утверждает, что выбросы автомобилей, работающих на реформированном водороде, вдвое меньше, чем у автомобилей, работающих на бензине. Также реформированный водород производится в больших масштабах и в настоящее время является дешевле, чем водород из других источников. Подробности по данному вопросу вы можете прочитать в нашем материале « ».

Водород также может быть получен из биомассы, такой как сельскохозяйственные отходы, отходы животноводства и сточные воды. Используя процесс, который называется газификация, биомасса находится под воздействием температуры, пара и кислорода с целью образования газа, который после дальнейшей обработки, в конечном итоге дает чистый водород. «Существуют полигоны, уже являющиеся готовыми источниками данного газа, который будет потрачен впустую, а мог бы стать источником водорода», говорит директор по политике Ассоциации по исследованию водородной энергетики и топливных элементов, Джеймс Варнер.

Также существует электролиз, процесс отделение водорода из воды при помощи электрического тока. Этот способ звучит более заманчиво по сравнению с ископаемым топливом и отходами животноводства, но он имеет свои недостатки. В настоящее время способ электролиза является конкурентоспособным в тех районах, где электричество относительно дешевое. Существуют электролизеры, работающие от солнечно энергии или энергии ветра, но расходы возобновляемых источников энергии не достигли того уровня, чтобы вдохнуть жизнь в этот способ получения водородного топлива.

«Как только водород получит свою нишу на топливном рынке, и как только на него будет спрос, как и на различные способы его получения, мы увидим, что больше по нраву потенциальным потребителям», говорит Варнер. «Некоторые из способов добычи водорода потребуют новых законов регулирующих его добычу. Если водород будет пользоваться постоянным спросом, вы увидите, как начнут регулировать правила использования свалочных ресурсов и воды для электролиза».

ПОНИЖЕНИЕ СТОИМОСТИ И РАЗВИТИЕ МОДЕЛЬНОГО РЯДА

В настоящее время, самым большим препятствием для производителей автомобилей на водородном топливе является стоимость существующих технологий. Например, набор топливных элементов, используемый в автомобилях до настоящего момента, опирается на платину в качестве катализатора. Если не так давно вы посвящали себя поискам обручального кольца или символического подарка для своей любимой, вы наверняка представляете, насколько дорогим является этот металл.

Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории доказали, что замена этого дорогостоящего металла на более распространенные металлы, такие как железо или кобальт, в качестве катализатора является возможной. А ученые из Case Western Reserve University разработали катализатор из углеродных нанотрубок, которые в 650 раз дешевле, чем платина. Переработка катализаторов еще больше может снизить стоимость, хотя автопроизводители пока не озвучивали на сколько.

На этом исследования по совершенствованию водородного топливного элемента не заканчиваются. К примеру Mercedes рассматривает возможность сжатия водорода до давления в 68.95 МПа (мегапаскаль) для того, чтобы на борту транспортного средства могло находиться больше топлива, с передовым в качестве дополнительного хранилища энергии. При таких улучшениях, как считает доктор Герберт Колер, вице-президент компании по исследованию новейших автомобильных технологий, предстоящие транспортные средства будут иметь диапазон, превышающий 1000 км.

От этой технологии, также можно добиться дополнительной эффективности, за счет переработки архитектуры набора элементов. Уже сейчас Министерство энергетики утверждает, что затраты на строительство автомобилей с топливным элементом были снижены на 30 процентов за последние три года и на 80 процентов за последнее десятилетие. В то же время, долговечность топливных элементов увеличилась вдвое, но этого недостаточно, нужно увеличить ее еще в два раза. Современные транспортные средства с топливным элементом, как утверждается, работают, по крайней мере, 2 500 часов (или около 120 000 км), и это недостаточно хорошо. «Чтобы конкурировать с другими технологиями, нам нужно достичь результата в 5 000 часов, как минимум», говорит один из членов ученого совета министерской программы по топливным элементам.

Toyota надеется продать седан, передвигающийся на топливе из водорода, за 50 тысяч долларов США. Несмотря на то, что в конечном счете развитие технологий может снизить затраты, реальные краткосрочные сбережения можно будет получить только от объемного производства. Один из печальных моментов производства состоит в том, что не существует оптовых поставок частей для автомобилей с водородным топливным элементом, даже автомобиль FCX Clarity, который уже находится в серийном производстве, не обеспечен дополнительными частями и оптовыми ценами на них. Но есть надежда, что производители могут установить топливные элементы водорода в уже и так дорогие модели для ранней адаптации, тем самым минимизируя свои потери. «Мы могли бы внедрить эту технологию в автомобили, цены на которые подобны ценам люксовых автомобилей. Пока рынок, не готовый к таким новшествам, переваривал бы эту новинку, мы бы (автопроизводители) в это время наращивали объемы», говорит Стив Эллис, менеджер по продажам автомобилей с топливным элементом компании Honda.

ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С ВОДОРОДНЫМ ТОПЛИВОМ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

Начиная с 2008 года, компания Honda начала ограниченную лизинговую программу для 200 седанов FCX Clarity, которые передвигаются на водородных топливных элементах. Как итог, только 24 клиента из Южной Калифорнии, США, платили в течение трех лет ежемесячный взнос в 600 долларов США. Так как срок аренды истек в 2011 году, компания Honda продлила договора с этими клиентами и подключила новых для своей исследовательской кампании. Вот то, что компания узнала нового за время исследований:

1. Водители FCX Clarity без проблем осуществляли короткие поездки через город Лос-Анджелес и его округи (Honda утверждает, что FCX может похвастаться диапазоном в 435 км).

2. Отсутствие необходимой инфраструктуры является основным неудобством для арендаторов, которые живут не рядом с одной из семи водородных заправочных станций в Калифорнии. Все станции находятся недалеко от Лос-Анджелеса, эффективно привязывая автомобили к 240-километровой зоне.

3. В среднем водители проезжали 19,5 тысяч км за год. Один из первых арендаторов только что пересек показатель в 60 тысяч км.

4. Продавцы, которые отпускают в лизинг автомобили FCX Clarity проходят специальную подготовку для обучения клиентов. «Этим продавцам задают такие вопросы, каких они никогда прежде не слышали», говорит менеджер по продажам и маркетингу автомобилей Honda с топливными элементами, Стив Эллис.

ПОЛУЧИТ ЛИ ДАННАЯ ПРОГРАММА ПОДДЕРЖКУ ПРАВИТЕЛЬСТВА?

Производители автомобилей и строители инфраструктуры сходятся во мнении, что одним из способов снижения затрат в краткосрочной перспективе является вмешательство со стороны государства. Что в США, однако, представляется маловероятным.

С министром энергетики Стивеном Чу, администрация Обамы неоднократно пыталась сократить финансирование программы развития топливных элементов, но до сих пор все эти сокращения отменял конгресс.

Акцент на аккумуляторных технологиях сторонникам водорода кажется недальновидным. «Это взаимодополняющие технологии», говорит Стив Эллис, представитель компании Honda. Технология, разработанная для FCX, например, в настоящее время развернута и на электромобиль Fit. «Мы считаем что водородные топливные элементы в сочетании с электромобилями могут дать весьма положительный результат, переплюнув все альтернативные источники энергии, имеющиеся на сегодняшний день и возглавив этого десятилетия».

Что касается инфраструктуры, то те, кто платит из своего кармана за возведение новых заправочных станций говорят, что они не отказались бы от некоторой помощи до тех пор, пока не увеличится спрос на данный вид топлива и не снизятся затраты на возобновляемые источники энергии.

Том Салливан верит в энергетическую независимость настолько сильно, что вложил все деньги, полученные от сети супермаркетов в компанию SunHydro, компанию, которая строит водородные заправочные станции на солнечных батареях. Он считает, что целевое снижение налогов могло бы стимулировать предпринимателей как он вкладывать деньги в строительство подобных станций. «Необходим реальный стимул, чтобы люди вкладывались в подобные предприятия», говорит Том. «Люди, которые находятся в трезвом уме, вероятно, не станут выделять деньги на строительство водородных заправочных станций».

Для Стива Эллиса из компании Honda этот вопрос является как практическим, так и политическим. «Эти технологии нанесут удар по общественным проблемам», говорит он. «Если это так, то поможет ли нам общество перейти на альтернативный вид топлива?»

А теперь настало время научного видео!