Aklaypart.ru

Авто Журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Водород как топливо реактивного двигателя

В отличие от угля, бензина, мазута, природного газа и другого привычного нам топлива, водород при сгорании не образует токсичных выбросов — он совершенно экологически безопасен и не несет за собой никакого углеродного следа. Однако есть и минусы: это стоимость его производства и взрывоопасность. Из-за взрывоопасности водородное топливо пока не получило широкого распространения в повседневной жизни. Основная ставка делается все-таки на электротранспорт.

На самом деле, история водородного топлива не нова. Первый двигатель, работающий на водороде, был создан еще в начале 19 века. В блокадном Ленинграде, когда бензин был непозволительной роскошью, военные техники использовали воздушно-водородную смесь в качестве топлива для работы аэростатов. Кроме того, в городе передвигалось около 600 автомобилей на водородном топливе.

Сегодня причина для использования водорода вместо бензина другая, но не менее важная: автомобили — одни из главных загрязнителей атмосферы. На разные виды транспорта приходится 25% всех выбросов углекислого газа в атмосферу. Известно, что автомобили с силовыми установками на водородном топливе уже производят Honda, Hyundai и Toyota, а такие автомобильные гиганты, как Audi, BMW, Ford и Nissan ведут собственные разработки водородных двигателей.

Водород в качестве альтернативного топлива

Транспортные средства достаточно активно используют природные источники энергии, потребляя около трети всей нефти, добываемой в мире, и из всех видов транспорта автомобили являются наиболее энергоемкими. Использование углеводородного топлива на нефтяной основе сопровождается выбросом в атмосферу большого количества вредных веществ. Это приводит к глобальному загрязнению окружающей среды. В качестве альтернативы предлагается начать активно использовать гидроген и на его основе устанавливать в машины топливные элементы. Давайте сначала поймем, почему выбор пал на этот изотоп.

Водород (H2) — один из немногих газов, широко распространенный на планете, обладающий высокой теплотвотворной способностью. Это абсолютно бесцветный газ, без вкуса и без запаха, из-за чего экологи ратуют за его применение в качестве топлива. Можно отметить, что он очень перспективный энергоноситель. Промышленный процесс его получения таков, что когда вещество соединяется с кислородом, образуется вода и выделяется определенное количество тепла. Это сгорание не вызывает вредных выбросов в окружающую среду, в частности двуокиси углерода. При горении с доступом кислорода снова образуется вода, которую можно использовать повторно. Это делает источник энергии самообновляемым, а отсутствие вредных веществ – экологически чистым и безвредным для окружающей среды.

Идея создания углеводородного электродвигателя пришла с запада, а точнее из Америки. Интерес к газу как альтернативному питанию для транспорта обусловлен, прежде всего:

  • возможностью использования топливных элементов в FCEV (fuel cell vehicle) в электромобилях топливного типа без выбросов;
  • быстрой заправкой автомашин, занимающей от 3 до 5 минут;
  • эффективностью ТЭ с точки зрения расхода и стоимости;
  • возможностью получения его из углеводородов, биомассы и мусора;
  • потенциалом для отечественного производства.
Читать еще:  Двигатель 1sz какие свечи

Принцип действия ТЭ основан на прокачивании кислорода и водорода через катоды и аноды, контактирующими с платиновым катализатором. В результате происходит химическая реакция, в которой образуется вода и электрический ток. Топливный элемент, подсоединенный к электродвигателю, в два-три раза быстрее и экономичнее, чем бензиновый мотор внутреннего сгорания.

Следует отметить, что большинство развитых стран охотно переходят на водородный изотоп и начали строить АЗС на его основе. Заправки появились в Японии, США и Германии. Также крупные автомобильные концерны готовы предложить новые разработки автомобилей с водородными ТЭ. Немалый интерес к этому типу горючего проявляют авиаконструкторы и уже фирмой “Боинг” был разработан самолет “Джамбо Джет” на основе водорода. А перекись водорода, являющаяся соединением водорода, применяется в электромоторах ракет и подводных лодок. Более подробную информацию о топливе можно прочитать в статье “Почему биотопливо считается перспективным направлением?”

Плюсы водорода как топлива

  • Водород является самым распространенным элементом во вселенной, абсолютно всё в нашей жизни состоит из него, все окружающие нас предметы имеют хоть маленькую, но частицу водорода. Именно этот факт очень приятный для человечества, ведь в отличие от нефти, водород не закончится никогда, и нам не придётся экономить на топливе.
  • Он является абсолютно экологически чистым! В отличие от бензинового, водородный двигатель не выделяет вредных газов, которые негативно влияли бы на экологию. Выхлопами, которые выделяет такой силовой агрегат, является обычная пара.
  • Водород, который используется в двигателях, очень воспламеняем, и автомобиль будет хорошо заводиться и передвигаться, независимо от погоды. То есть нам больше не потребуется зимой прогревать автомобиль перед поездкой.
  • На водороде даже маленькие двигатели будут очень мощными и чтобы создать самый быстрый автомобиль, больше не потребуется строить агрегат размером с танк.

Конечно есть и минусы в этом топливе:

  • Дело в том, что вопреки тому, что это безграничный материал, и он имеется повсюду, его очень тяжело добывать. Хотя для человечества это не проблема. Научились добывать нефть среди океана, пробурив его дно, научимся и водород брать с земли.
  • Вторым минусом является недовольство нефтяных магнатов. Зразу после начала прогрессивного развития данной технологии, большинство проектов были закрыты. По слухам, всё это связано с тем, что если заменить бензин водородом, то самые богатые люди планеты останутся без дохода, а они этого позволить не могут.

Водородное топливо в блокадном Ленинграде

О водороде вспомнили только в блокадном Ленинграде в конце 1941 года, благодаря военному технику Б. И. Шелищу, который предложил использовать отработанный водородный газ для заправки автотранспорта. От налетов вражеской авиации Ленинград защищался зенитными орудиями, а также заградительными аэростатами, наполненными водородом, чтобы помешать прицельной бомбардировке города.

Читать еще:  Характеристики двигателей мотоциклов yamaha

Когда водородные аэростаты спускались на землю, их использовали в качестве альтернативного источника топлива. Всего лишь за неделю группа техников переоборудовала на водородное топливо 600 грузовиков ГАЗ. После войны об этом изобретении снова забыли, перейдя опять на бензин.

В 1970 годах, когда произошел энергетический кризис, люди опять оценили необходимость альтернативных источников энергии. Так, Украинским ИПМ был переоборудован весь свой автомобильный парк водородное топливо, отлично справившись с топливным кризисом. Об успешных экспериментах снова забыли после распада советского союза.

Современные автомобили на водороде находятся пока в стадии проектирования, а вернее выпускать серийно опытные модели пока не собираются из-за неразвитой инфраструктуры заправок автотранспорта водородным топливом. В промышленных масштабах получить водород электролизом воды недешево, поэтому автокомпании пока не спешат на него переходить, ожидая более дешевый и простой способ получения топлива.

Грязное чистое топливо?

Более половины водорода в мире производится методом паровой конверсии метана – это самый дешевый и доступный способ. В многоэтапном процессе с применением высоких температур и катализаторов молекулы метана разлагаются на водород и угарный газ (моноксид углерода). Поскольку в процессе используется ископаемое топливо, назвать полученный таким путем водород не дающим «углеродного следа» как-то не получается.

Другой достаточно распространенный промышленный процесс – это электролиз, знакомый всем еще по школьным химическим опытам. Здесь уже нет ни нефти, ни газа, ни угля – на кислород и водород разлагается обычная вода при приложении к ней электрической энергии. Но откуда эта энергия? Если рядом с водородным производством чадит тепловая электростанция на мазуте, то и здесь с «углеродным следом» будет все не очень хорошо. Визионеры энергетики будущего говорят о водородных фабриках, питающихся электричеством исключительно от ветропарков, солнечных электростанций и других возобновляемых источников. В этом случае появится действительно безуглеродная цепочка выработки топлива, но это потребует колоссального прироста генерирующих мощностей в сфере «зеленой» энергетики.

Плюсы и минусы авто, работающих на водороде

Среди основных преимуществ водородомобилей можно отметить:

  • высокую экологичность, заключающуюся в отсутствии большинства вредных веществ в выхлопах, характерных для работы бензинового двигателя, – углекислого и угарного газа, окиси и диоксидов серы, альдегидов, ароматических углеводородов;
  • более высокий КПД, по сравнению с бензиновыми авто;

В целом авто имеет амбиции покорить весь мир

  • меньший уровень шума от работы двигателя;
  • отсутствие сложных, ненадёжных систем топливоподачи и охлаждения;
  • возможность использования двух видов топлива.

Кроме того, машины, работающие на ВДВС, имеют меньший вес и больше полезного объёма, несмотря на необходимость установки баллонов для топлива.

К недостаткам водородомобилей можно отнести:

  • громоздкость силовой установки при использовании топливных элементов, снижающей маневренность автомобиля;
  • высокую стоимость самих водородных элементов из-за входящих в их состав палладия или платины;
  • несовершенство конструкции и неопределённость в материале изготовления баков для водородного топлива;
  • отсутствие технологии хранения водорода;
  • отсутствие заправок водородом, инфраструктура которых очень слабо развита во всём мире.
Читать еще:  Холостой ход двигателя нубиры

Однако, с переходом к массовому выпуску авто, оснащённых водородными силовыми установками, большая часть этих недостатков наверняка будет устранена.

Поскольку чистый водород не встречается на Земле в больших количествах, для его производства в промышленных масштабах обычно требуется ввод первичной энергии . Водородное топливо можно производить из метана или электролизом воды. По состоянию на 2020 год большая часть водорода (∼95%) производится из ископаемого топлива путем парового риформинга или частичного окисления метана и газификации угля, и лишь небольшое количество водорода производится другими способами, такими как газификация биомассы или электролиз воды.

Паровой риформинг метана, ведущая в настоящее время технология производства водорода в больших количествах, извлекает водород из метана . Однако в результате этой реакции в атмосферу выделяются углекислый газ и окись углерода, которые являются парниковыми газами, экзогенными по отношению к естественному круговороту углерода и, таким образом, способствуют изменению климата. При электролизе электричество пропускается через воду для разделения атомов водорода и кислорода. Этот метод может использовать ветер, солнечную энергию, геотермальную энергию, гидроэнергетику, ископаемое топливо, биомассу, ядерную энергию и многие другие источники энергии. Получение водорода с помощью этого процесса изучается как жизнеспособный способ производства его внутри страны по невысокой цене.

Самым крупным в мире заводом по производству водородного топлива считается Фукусимская область исследований водородной энергии (FH2R), установка по производству водорода мощностью 10 МВт, открытая 7 марта 2020 года в Намиэ , префектура Фукусима . Участок занимает 180 000 квадратных метров земли, большая часть которой занята солнечными батареями ; но энергия из сети также используется для проведения электролиза воды для производства водородного топлива.

Продукция обычно классифицируется по цвету; «серый водород» образуется как побочный продукт промышленного процесса, «синий водород» производится в процессе производства, в котором CO
2 также производится, а затем улавливается с помощью CCS, и, наконец, « зеленый водород» производится полностью из возобновляемых источников.

Водород и современность

В современности водородные эксперименты снова возобновлены ведущими автокомпаниями мира. Автомобили на водороде существуют пока в качестве опытных образцов. Их не торопятся выпускать серийно. Причина проста: дороговизна производства такого вида топлива, неразвитость сети заправочных станций (еще меньше чем станций зарядки для электромобилей).И все-таки за водородом будущее, думают многие ученые. Так как он является единственной реальной альтернативой на данный момент.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector