Автомобиль на водороде. Есть ли у него будущее и как он работает?

Автомобиль на водороде. Есть ли у него будущее и как он работает?

21.03.2020 Выкл. Автор Алексей Матвеев

Плюсы и минусы водородного автомобиля. Чем он лучше электрокара и почему водород не в тренде?

Полностью электрические и гибридные автомобили с питанием от литий-ионного аккумулятора в настоящее время являются чуть ли не спасителями мира и экологии. Им все пророчат будущее, считается, что именно электрокары должны заменить машины с ДВС. Но есть и третий вариант, который часто упускают из виду — это автомобили, работающие на водороде (hydrogen).

Водород использовался для заправки автомобилей на протяжении десятилетий. Еще в начале 19 века разработали первый двигатель внутреннего сгорания на водородном топливе, а полтора столетия спустя ученый Роджер Биллингс переоборудовал двигатель Ford A для работы на водороде. Кстати, в настоящее время водород используется для отправки ракет NASA в космос.

Но с началом 2020-х годов на водородном рынке появилось множество автомобилей, от лондонских автобусов и погрузчиков до Toyota Mirai, Hyundai Nexo и Honda Clarity. Тем не менее, водородные машины не покорили автомобильный мир. И многие производители даже не экспериментировали с таким типом топлива, а сразу строят планы на выпуск электрокаров. Но ведь машины на водороде предлагают более экологичную замену бензину и, возможно, полноценную альтернативу электромобилям с аккумуляторным питанием.

Как на самом деле работает водородный автомобиль?

Водород можно использовать для заправки автомобилей двумя способами. Первый — через водородные топливные элементы, которые работают аналогично электромобилям на литий-ионных аккумуляторах. Газообразный водород хранится в резервуаре, который питает топливные элементы, каждый из которых состоит из отрицательных и положительных выводов (анодов и катодов), разделенных электролитом, во многом как литий-ионная батарея. По сути, водород производит электричество вместо батарейного элемента.

Кислород отбирается из воздуха и закачивается в катод, а водород течет к платиновому анодному выводу, который действует как катализатор, отделяющий положительные ионы водорода от газа. Они протекают через электролит к катоду, чтобы создать положительный заряд. Поскольку разделенные электроны не могут течь через электролит, они обтекают внешнюю цепь, генерируя заряд, используемый для питания электродвигателя.

А как насчет выбросов? Когда ионы водорода вступают в контакт с катодом, они соединяются с кислородом для производства воды, которая затем вытекает из выхлопных газов автомобиля. Говорят, эта вода такая чистая, что её можно без проблем пить.

Плюсы и минусы водородного автомобиля

Использование водорода для сжигания

Водород также можно использовать в качестве прямой замены бензина или дизельного топлива в специализированном или преобразованном двигателе внутреннего сгорания. В этом случае газообразный водород под давлением впрыскивается непосредственно в камеру сгорания двигателя, и сгорание происходит как обычный ДВС.

Плюсы и минусы водородного автомобиля

Такое использование водорода не распространено, так как он не такой плотный, как бензин. Но при сжигании водорода выделяется меньше вредных веществ, а основным побочным продуктом выхлопа является вода. Также выделяется меньше токсичных газов NOx, выделяемых двигателем.

Основные плюсы водородного автомобиля

Наиболее очевидным преимуществом водородного топлива, по крайней мере, когда речь идет об электромобилях на топливных элементах (FCEV), является отсутствие выбросов и вредных побочных продуктов, производимых автомобилями, работающими на водороде.

И поскольку топливные элементы не разлагаются, как литий-ионные аккумуляторы, они, как правило, служат в течение всего срока службы автомобиля, или по крайней мере не менее 250 тысяч километров. Затем они также могут быть переработаны, что делает их довольно экологичным вариантом. А утилизация огромных автомобильных литий-ионных аккумуляторов — это целая проблема, с которой человечеству еще предстоит столкнуться.

Водородная машина по дальности преодоления расстояния превосходит даже самые лучшие электромобили: например, Toyota Mirai способна проехать 480 километров на одном баке, а более крупные автомобили с водородом, такие как Hyundai Nexo, преодолевают 640 километров на одном заряде.

Toyota Mirai. Плюсы и минусы водородного автомобиля
Toyota Mirai

Легкость и быстрота заправки. Когда дело доходит до заправки бака, это так же просто, как заправка автомобиля бензином. Газообразный водород можно просто закачать в бак, готовый для всасывания в топливные элементы, поэтому через каких-то 5 минут, вы уже можете продолжать путешествие. Но в эксплуатации водородного авто возникают и некоторые ключевые проблемы.

Итак, недостатки водородного автомобиля

Проблемы с инфраструктурой. Есть очень мало мест, где можно заполнить бак авто водородом, причем речь идет не только о нашей стране, в Европе ситуация не намного лучше. К примеру, в Великобритании функционирует менее 20 заправочных станций.

Для зарядки электромобилей требуется намного больше времени, но сделать это можно от любой розетки. И даже в этом случае сети электрических зарядок растет гораздо быстрыми темпами, а вот водородных заправочных станций нет.

Но самой большой проблемой, собственно, наверное из-за которой этот тип топлива настолько мало популярен является пожароопасность водородного топлива. Перемещать водород довольно сложно, так как он легко воспламеняется, намного быстрее и легче бензина. Чтобы водородные автомобили не превратились в бомбы на колесах, резервуары или баллоны, содержащие сжатый газ, должны быть чрезвычайно прочными и устойчивыми к ударам. А это делает их более сложными и дорогими в производстве. По той же причине трудно также транспортировать водород на заправочные станции танкером или трубопроводом.

Автомобиль на водороде. Есть ли у него будущее и как он работает?

Другая важная проблема, которая уже абсолютно не экологична — это собственно производство водорода. В принципе процесс не сложный, нужно лишь пропустить электрический ток через воду, которая распадается на водород и кислород. Но для этого нужна электрическая энергия, которая, скорее всего, генерируется при сжигании ископаемого топлива. Получается что для того, чтобы сделать экологичное топливо нужно больше сжечь угля. И это означает, что водород не так уж и «зеленый». С другой стороны, существует аргумент, что солнечная энергия может быть использована для производства такого электричества.

В настоящее время массовое производство водорода включает процесс, называемый паровой конверсией метана. В двух словах, это означает получение водорода из природного газа метана посредством экзотермической реакции. Но для такого производства нужно использовать ископаемое топливо. В целом, если учесть все нюансы, связанные с производством топлива, то водород можно считать более чистым по сравнению с бензином, но не таким экологичным, как электричество, вырабатываемое из возобновляемых источников.

Ученые работают над тем, чтобы сделать производство водорода более чистым, но пока они не смогут сделать это в масштабе, поэтому в ближайшее время маловероятно, что на придорожных заправках кроме пистолетов с бензином, дизелем и газом пропан-бутаном вы увидите множество насосов для водородного топлива.

Высокая стоимость. Пока водород дорогой, и он стоит дороже, чем бензин. А учитывая, что водород не настолько плотный, вам, вероятно, придется чаще заправляться.

Есть ли будущее у водородных автомобилей?

Это классическая ситуация с курицей и яйцом. Количество заправок увеличится при наличии большого количества водородных автомобилей, так как спрос порождает предложение. С другой- кто же купит машину, которую негде заправлять?

Сейчас все производители нацелены на улучшение показателей электрических автомобилей. Именно в этом сегменте происходят самые большие эволюционные изменения. С каждым годом увеличивается расстояния, которые преодолевают электрокары, модифицируются аккумуляторы, улучшается инфраструктура. Но главное — это инвестиции. В разработку и модернизацию электромобилей вкладывают колоссальные средства, которые водородным авто даже не снились. Только Toyota, а иногда еще BMW, Hyundai и VAG, проявляют интерес к водородным топливным элементам.

Плюсы и минусы водородного автомобиля
Hyundai Nexo

У водородных авто все еще есть возможность предложить альтернативу, возможно, с использованием топливных элементов, способных расширить диапазон электромобилей, а не быть основным источником энергии. Но для того, чтобы такие гибридные автомобили стали популярными, нам нужно увидеть больше точек заправки и более экологичных способов массового производства водорода.

Прогноз. Когда ДВС уйдет в историю, и рынок наполнится электромобилями, то руки дойдут и до водорода. Но пока — это лишь изюминка для всего автопрома. Наверное для того, чтобы подчеркнуть необычность такого вида топлива, Тойота и Хонда умышленно делают свои водородные модели такими, мягко говоря, странными по дизайну. Но пока еще не списывайте водородные автомобили, просто не ждите, что они скоро будут массово колесить по дорогам.


Что будет если порвется ремень ГРМ?

Двигатель стучит и дымит? Находим причины

Алексей Матвеев