Автомобілі на водневому паливі

Сучасне автомобілебудування розвивається з акцентом на виробництво екологічних транспортних засобів. Це обумовлено розгорнулася у всьому світі боротьбою за чистоту атмосферного повітря шляхом зниження викидів вуглекислого газу. Постійне зростання цін на бензин також змушує виробників шукати інші джерела енергії. Багато провідні автостроительные концерни поступово переходять до серійного виробництва машин, що працюють на альтернативному паливі, що вже в самому найближчому майбутньому призведе до появи на автошляхах світу достатньої кількості не тільки електрокарів, а також авто з двигунами, що працюють від водневого палива.

Принцип роботи водневих автомобілів

Авто, що працює на водні, покликане знизити атмосферні викиди вуглекислого газу, а також інших шкідливих домішок. Використання водню для приведення в рух колісного транспортного засобу, можливо двома способами:

• застосуванням водневого двигуна внутрішнього згоряння (ВДВС);
• установкою силового електричного агрегату, що працює від водневих елементів (ВЕ).

В той час, як ми звикли заповнювати бензином або дизельним паливом свій автомобіль, нове чудо – працює на найбільш поширеному елемент у всесвіті — водні

ВДВС являє собою аналог широко використовуваних сьогодні двигунів, паливом для яких є пропан. Саме цю модель движка найпростіше переналаштувати для роботи від водню. Принцип його дії той же, що у бензинового двигуна, тільки в камеру згоряння замість бензину надходить зріджений водень. Авто з ВЕ – це, фактично, електрокар. Водень тут виступає лише сировиною для вироблення електроенергії, необхідної, щоб привести в дію електричний мотор.

Водневий елемент складається з наступних частин:

• корпусу;
• мембрани, проникної тільки протони – вона ділить ємність на дві частини: анодний і катодний;
• анода, покритого каталізатором (паладієм або платиною);
• катода з тим же каталізатором.

Принцип дії ВЕ побудований на фізико-хімічної реакції, що складається в наступному:

• Водень подається в анодний відсік, де під дією каталізатора його молекули віддають свої електрони анода.

  Газоподібний водень заправляють в бак автомобіля так само, як і бензин, а потім особливий паливний елемент, що виробляє хімічну реакцію за рахунок водню і кисню, перетворює електроенергію, яка і є рушійною силою машини

• Утворилися протони (Н+) надходять в катодну частина ВЕ, вільно проходячи через мембрану, куди одночасно подається кисень.
• Електрони прямують з анода в ланцюг живлення електродвигуна автомобіля, приводячи його в рух.
• Під дією каталізатора, що подається на катод електрони, з’єднуються з протонами (Н+), утворюючи молекулярний водень. Подача кисню в камеру, сприяє утворенню молекул води.

Таким чином, при русі автомобіля не виділяється вуглекислий газ, а лише водяна пара, електрика та окис азоту.

Основні характеристики водневих автомобілів

Головні гравці автомобілебудівного ринку вже мають досвідчені зразки своєї продукції, використовують водень як паливо. Можна вже чітко виділити окремі технічні характеристики таких машин:

• максимально розвивається швидкість до 140 км/год;
• середній пробіг від однієї заправки 300 км (деякі виробники, наприклад, Тойота або Хонда заявляють вдвічі більшу цифру – 650 або 700 км, відповідно, на одному лише водні);
• час розгону до 100 км/год з нуля – 9 секунд;
• потужність силової установки до 153 кінських сил.

Цей автомобіль може розігнатися до 179 км/год, причому до 100 км/год машина розганяється за 9.6 секунд і, найголовніше, вона здатна проїхати без додаткової заправки 482 км

Зовсім непогані параметри навіть для бензинових двигунів. Поки ще не намітився крен у бік ВДВС, використовує зріджений Н2 або машин на ВЕ, і незрозуміло, який з цих типів двигунів досягне кращих технічних характеристик і економічних показників. Але сьогодні більше випущено моделей машин з електроприводом, що працюють від ВЕ, які дають більший ККД. Хоча витрата водню для отримання 1 кВт енергії менше в ВДВС.

До того ж переоснащення ДВС під водень для збільшення ККД вимагає зміни системи запалювання установки. Не вирішена поки проблема швидкого прогоряння поршнів і клапанів з-за більш високої температури горіння водню. Тут усе вирішить подальший розвиток обох технологій, а також динаміка цін при переході до серійного виробництва.

Плюси і мінуси авто, що працюють на водні

Серед основних переваг воднемобілів можна відзначити:

• високу екологічність, яка полягає у відсутності більшості шкідливих речовин у вихлопах, характерних для роботи бензинового двигуна, – вуглекислого та чадного газу, окису та діоксидів сірки, альдегіди, ароматичних вуглеводнів;
• більш високий ККД, порівняно з бензиновими авто;

В цілому авто має амбіції підкорити весь світ

• менший рівень шуму від роботи двигуна;
• відсутність складних, ненадійних систем паливоподачі і охолодження;
• можливість використання двох видів палива.

Крім того, машини, що працюють на ВДВС, мають меншу вагу і більше корисного обсягу, незважаючи на необхідність встановлення балонів для палива.

До недоліків воднемобілів можна віднести:

• громіздкість силової установки при використанні паливних елементів, знижує маневреність автомобіля;
• високу вартість самих водневих елементів входять до їх складу паладію або платини;
• недосконалість конструкції і невизначеність у матеріалі виготовлення баків для водневого палива;
• відсутність технології зберігання водню;
• відсутність заправок воднем, інфраструктура яких дуже слабо розвинена у всьому світі.

Однак, з переходом до масового випуску авто, оснащених водневими силовими установками, велика частина цих недоліків напевно буде усунена.

Які автомобілі, що використовують водень, вже випускаються

Виробництвом машин на водневому паливі займаються такі провідні світові автомобілебудівні компанії, як BMW, Mazda, Mercedes, Honda, MAN і Toyota, Daimler AG і General Motors. Серед досвідчених моделей, а у деяких виробників вже і дрібносерійних, є автомобілі, які функціонують тільки на водні, або з можливістю використання двох видів палива, так звані гібриди.

Вже випускаються такі моделі воднемобілів, як:

• Ford Focus FCV;
• Mazda RX-8 hydrogen;
• Mercedes-Benz A-Class;
• Honda FCX;
• Toyota Mirai;
• Автобуси MAN Lion City Bus і Ford E-450;
• гібридний автомобіль на два виду палива BMW Hydrogen 7.

Сьогодні можна сказати точно, що, незважаючи на наявні труднощі (нове завжди насилу пробиває собі дорогу), майбутнє належить більш екологічним автомобілів. Автокары, що працюють на водневому паливі, складуть гідну конкуренцію електромобілям.