Водородные двигатели для автомобилей считаются способом решения экологической проблемы, возникающей из-за выхлопных газов. Одни люди считают технологию альтернативой электрокарам, другие полагают, что она слишком несовершенна.
История производства водородных двигателей
Первый двигатель на водороде разработан еще в 1806 г. изобретателем из Франции – Франсуа Исааком де Ривазом. Ученый получал газ посредством электролиза воды.
Патент на технологию был получен в 1841 г. в Великобритании. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работающий на смеси воздуха с водородом, построили через 11 лет на территории Германии. В 1863 г. появился гиппомобиль, функционирующий на чистом водороде.
Автомобиль, работающий на водородных топливных элементах, впервые собрали в 1966 г. Одного заряда хватало на преодоление 193 км. Экземпляр был единственным, не покидал территории завода-создателя General Motors.
Первое авто с водородным двигателем было создано компанией BMW в 1979 г. Однако идея не распространилась, до 2000-х гг. была забыта. Вновь вспомнил о ней концерн BMW, в 2007 г. выпустивший ограниченную серию машин Hedrogen 7, работавших как на водороде, так и на бензине.
Подробнее о водородных моторах
Модели с работающим на водороде двигателями есть у многих производителей.
Устройство двигателя
Водородный двигатель почти идентичен пропановому. В автомобиле установлен генератор, внутри которого происходят процессы окисления водорода. При этом получаются азот, пар, электрический ток. CO2 среди продуктов распада не числится.
Как работают моторы на водороде
Бак заправляют сжатым газом. Тот поступает в топливный элемент, оборудованный мембраной – перегородкой между камерами с катодом, анодом. В первую подается кислород из воздухозаборника, во вторую – водород.
Электроды мембраны покрывают катализатором, чаще платиной. Это приводит к потере отрицательно заряженных частиц (электронов) водородом. Через мембрану к катоду одновременно направляются протоны, частицы с положительным зарядом.
Во многом принцип работы двигателя на водороде сходен с таковым у электромобиля, но с иным аккумулятором. Его емкость в 10 раз больше, чем у литийионного. На заправку 1 баллона требуется 3 минуты, после чего можно проехать до 500 км.
.jpg)
Особенности гибридных конструкций
На некоторых авто одновременно установлены 2 энергосистемы. Ездить они могут на водороде или бензине. Благодаря комбинации стандартного двигателя и функционирующего на сжатом газе, КПД доходит до 90–95%. Машины соответствуют экологическим требованиям Евро-4.
Применение водородного топлива
Водородное топливо применяется для работы различных транспортных средств:
- Авто с гибридными либо водородными двигателями. Такие производят компании Toyota, BMW, Ford, Audi, Nissan и др.
- Поездов. Первый сконструировали в Германии для следования от Букстехуде до Куксхафена и обратно.
- Автобусов. На водороде работает, например, произведенный фирмой MAN городской общественный транспорт.
- Самолетов. Так, газом заправляют беспилотник от Boeing, двигатель для которого создала компания Ford.
Добавление дешевого водорода в смеси со стандартным топливом позволяет снизить затраты на производство дизельного горючего.
Производство и хранение водорода для авто
Водород добывают посредством:
- паровой конверсии метана, природного газа;
- газификации угля;
- электролиза воды;
- пиролиза;
- использования биотехнологий.
Первый способ считают более дешевым. Водяной пар смешивают с метаном при температуре +700…+1 000° С, повышенном давлении в присутствии катализатора. Электролиз, получение газа из воды с помощью электрического тока, признают более экологичным, безопасным для природы.
Для хранения водорода требуются крупные емкости, оснащенные специальными системами, не дающими газу улетучиваться, защищающими их от механических повреждений.
Газоанализаторы дают сигнал сразу, как обнаруживают протечку. В автомобиле емкость отнимает место у багажного отсека, что может вызывать неудобства.
Свойства водородных моторов
Водородные двигатели сильно отличаются от бензиновых или дизельных.
Преимущества
Их достоинствами считаются:
- Экологичность. Работающий на водороде транспорт не загрязняет атмосферу выбросами диоксида углерода.
- Бесшумная работа. Не придется слышать рычание или другие звуки во время езды, что сделает передвижение на машине комфортнее.
- Быстрая заправка. Это преимущество над электрокарами, которые владельцам приходится подолгу заряжать, держать подключенными к источнику питания.
- Независимость от нефти. Ее запасы небесконечны, а число автомобилей непрерывно увеличивается, что может привести к дальнейшему росту цен на горючее. Кроме того, государства, владеющие скважинами, диктуют прочим условия, что негативно влияет на мировую экономику.
- Высокий КПД. Если у ДВС показатель равен 35%, то у водородного двигателя он доходит до 45%.
Недостатки
Есть и минусы:
- Высокая стоимость установок. В батарее содержатся дорогой металл, платина. Кроме того, требуются дополнительные меры безопасности, из-за которых стоимость двигателя тоже увеличивается.
- Отсутствие инфраструктуры. В большей части российских городов отсутствуют специальные заправочные станции. За их обустройство приходится платить больше, чем за постройку стандартной автозаправки.
- Повышенные риски при езде. Чтобы заправить баллон, водород сжимают в 850 раз. Это приводит к повышению давления до 700 атм. При движении повышается температура, а вместе с ней и вероятность возгорания. Если произойдет утечка, машина может взорваться.
.jpg)
Перспективность технологии
Ведутся споры относительно перспектив технологии. Так, Арнольд Шварценеггер утверждает, что за двигателями, функционирующими на водороде, будущее. Он даже обещал покрыть специальными заправочными станциями весь штат Калифорния.
Из-за экономического кризиса обещание так и осталось невыполненным. Илон Маск, наоборот, полагает, что технология сильно проигрывает электродвигателю, не имеет перспектив.
Срок службы ячеек
Водородная ячейка долговечна, может прожить 8–10 лет. Toyota дает гарантию на 250 000 км пробега. Аккумулятор в электрокаре требует замены уже через 3–5 лет.
Использование водорода в качестве топлива по мнению экологов
Экологи утверждают, что зависимость от ресурсов сохраняется. Большая часть топлива добывается из природного газа или метана, запасы которых конечны.
Сама технология при этом намного безопаснее для атмосферы, чем применение бензина или дизеля: при сгорании водород не выделяет опасных выхлопных газов, приводящих к образованию озоновой дыры.
Стоимость мотора
Из-за добавления недешевой платины стоимость мотора намного выше, чем у классического ДВС. Недешево обходится и его защита от протечек водорода. Если удастся сделать водородные устройства дешевле, при этом избежать понижения КПД, они могут приобрести популярность, как это ранее произошло с электрокарами.
В России пока не производятся подобные запчасти. Из-за санкций, действующих с февраля 2022 г., и без того немалые цены на работающие на водороде запчасти выросли еще сильнее.
Известные модели авто с водородными двигателями
Некоторые модели машин, работающих на водороде, получили известность среди широкой публики.
BMW IX5 Hydrogen
Работающий на водороде кроссовер был выпущен в продажу в феврале 2023 г. Впервые немецкая компания показала разработки авто в 2019 г. В качестве базы для него была взята модель, работающая на бензине.
NamX HUV
Разработанный Фаузи Аннаджой внедорожник-купе впервые был показан 11 мая 2022 г. в Италии. Массовое производство автомобиля планируется наладить с 2025 г. К моменту первого показа проект разрабатывался 4 года.
Peugeot e-Expert Hydrogen
Первый автомобиль LCV-сегмента от французского производителя. Его серийное производство стартовало в декабре 2021 г. Компания использовала нестандартное размещение водородных элементов. Помимо моторного отсека под эту цель отвели отдельную емкость под днищем минивэна.
Pininfarina Viritech Apricale
25 гиперкаров планируется выпустить в 2023 г. Масса купе составляет всего 1 т, разгон до 100 км/ч занимает 2,5 секунды. Машина отличается стильным дизайном. Ее стоимость будет составлять более 100 млн руб.
Toyota GR Yaris H2
Гоночный хэтчбек от японского производителя. Автомобиль с двигателем на водороде при движении создает те же звуки, что и работающий на ДВС, поэтому любители жужжания, рева мотора оценят новинку. Транспортное средство было продемонстрировано во время заезда на Ралли Бельгии – 2022.
