Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
Водородный транспорт — это различные транспортные средства, использующие в качестве топлива водород.
Это могут быть транспортные средства как с двигателями внутреннего сгорания, с газотурбинными двигателями, так и с водородными топливными элементами.
Содержание
История
В 1806 году Франсуа Исаак де Риваз (1752—1828) создал первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде. Водород изобретатель производил электролизом воды.
В 1860 году был сконструирован автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, который работал на водороде Гиппомобиль Этьена Ленуара, водород производился с помощью электролиза, позже автомобиль перевели на светильный газ.
В декабре 1941 года в блокадном Ленинграде бензин был в дефиците, но водород имелся в большом количестве, и младший техник-лейтенант Борис Шелищ предложил использовать для работы установок заградительных аэростатов. На водород перевели двигатели внутреннего сгорания ГАЗ-АА автомобилей-установок аэростатов заграждения, для работы их лебёдок подъёма и опускания аэростата[1]. Во время блокады в осаждённом городе на водороде работало около 600 автомобилей[2].
В 1976 году в СССР был построен ещё один экспериментальный автомобиль с водородным двигателем на шасси серийного автомобиля «Москвич»[3].
Развитие
Причины интереса к водородному транспорту
Использование водорода в качестве энергоносителя позволит как существенно сократить потребление ископаемых углеводородных топлив, так и значительно продвинуться в решении экологической проблемы загрязнения атмосферы городов вредными для здоровья человека составляющими выхлопных газов автомобилей и тепловозов[4].
В 2009 году примерно 25 % выбросов углекислого газа в атмосферу Земли производилось в результате работы разного рода транспорта[5]. По оценке МЭА, уже к 2050 году это число удвоится и продолжит расти по мере того, как в развивающихся странах будет увеличиваться количество личных автомобилей[6]. Кроме углекислого газа, в атмосферу выбрасываются оксиды азота, ответственные за увеличение заболеваемости астмой, оксиды серы, ответственные за кислотные дожди и т. д.
В морском транспорте зачастую используются низкокачественные дешёвые сорта топлива и он выбрасывает оксидов серы в 700 раз больше, чем автомобильный транспорт. По данным International Maritime Organization, выбросы СО2 морским торговым флотом достигли 1,12 млрд тонн в год[7].
Другой причиной повышения интереса к водородному транспорту является рост цен на энергоносители (в настоящее время подавляющее их большинство — уголь, нефть и их производные), дефицит топлива, стремление различных стран обрести энергетическую независимость[4].
Современное применение и перспективы
Автомобили на водородном топливе уже производятся. Среди компаний, которые производят такие автомобили — Toyota, Honda и Hyundai. Разработкой автомобилей на водородном топливе занимаются также Daimler, Audi, BMW, Ford, Nissan и др.
В 2016 году в Германии был представлен первый водородный поезд — Coradia iLint компании Alstom, поезд начнёт курсировать по маршруту Букстехуде — Куксхафен в Нижней Саксонии с декабря 2017 года. Предполагается, что в итоге они заменят 4 тыс. дизельных региональных поездов, действующих в Германии на неэлектрифицированных участках железных дорог. В Alstom сообщают, что интерес к таким поездам также выразили Нидерланды, Дания и Норвегия.[8][уточнить]
В ограниченном количестве выпускаются:
«Боинг» разрабатывает беспилотный самолёт для больших высот и большой продолжительности полёта (High Altitude Long Endurance, HALE). На нём установлен HICE[англ.] производства Ford Motor Company[11].
К началу 2020-х автопроизводители, ранее имевшие программы изучения водородных технологий, отказываются от применения водорода в легковых автомобилях, видя это направление «бесперспективным»[12][13]: существуют определённые сложности с транспортировкой и хранением водорода, также с дополнительными мерами по обеспечению безопасности транспортного средства, малоразвита сеть заправочных станций по всему миру; в результате покупка и содержание автомобиля, работающего на водороде, оказываются весьма высокими[14].
Применение
Как топливо в ДВС
Водород может использоваться в качестве топлива в обычном двигателе внутреннего сгорания[15]. В этом случае снижается мощность двигателя до 65 % — 82 % в сравнении с бензиновым вариантом. Однако, если внести небольшие изменения в систему зажигания, мощность двигателя увеличивается до 117 % в сравнении с бензиновым вариантом, но в таком случае увеличится выход оксидов азота из-за более высокой температуры в камере сгорания[16] и возрастёт вероятность прогорания клапанов и поршней при длительной работе на большой мощности[17]. Кроме того, водород при температурах и давлениях, которые создаются в двигателе, способен вступать в реакцию с конструкционными материалами двигателя и смазкой, приводя к быстрому износу[16]. Также водород очень летуч, из-за чего при использовании обычной карбюраторной системы питания может проникать в выпускной коллектор, где также воспламеняется из-за высокой температуры[15]. Традиционные поршневые ДВС плохо приспособлены к работе на водороде. Обычно для работы на водороде используется роторный ДВС, так как в нём выпускной коллектор значительно удалён от впускного.
Бортовое питание
Водородные топливные элементы могут использоваться для бортового питания самолётов, морских судов, крупных грузовиков. Для бортового питания могут применяться твёрдооксидные топливные элементы (англ. SOFC).
В 2006 году производители топливных элементов совместно с Европейским агентством авиационной безопасности (EASA) начали разрабатывать стандарты сертификации топливных элементов для самолётов.
«Airbus» выступает координатором европейского проекта New Configured Aircraft (CELINA). Проект работает над снижением веса и размеров топливных элементов мощностью 400—600 кВт. 40 % электроэнергии Airbus A330-300 будет вырабатывать в водородных топливных элементах
Первые лётные испытания установки для бортового питания на водородных топливных элементах мощностью 20 кВт проведены Airbus в феврале 2008 года на самолёте Airbus A320[18].
Использование силовых установок на водородных топливных элементах на самолётах позволит снизить уровень шума, потребление топлива и выбросы экологически опасных газов.
«Боинг» также разрабатывает SOFC-топливные элементы для бортового питания. Силовая установка мощностью 440 кВт позволит сократить потребление керосина на 75 % во время стоянки на земле. Боинг планирует завершить разработки к 2015 году
Водородные топливные элементы производят энергию на борту американских шаттлов с 1981 года.
В марте 2008 года во время экспедиции STS-123 шаттла «Индевор» топливные элементы производства компании UTC Power преодолели рубеж в 100 тысяч операционных часов в космосе[19].
Смеси традиционных видов топлива с водородом
Широкое внедрение водородного топлива пока сдерживается более высокой ценой водорода по сравнению с привычным жидким и газовым топливом, отсутствием необходимой инфраструктуры. Промежуточным решением могут стать смеси традиционного топлива с водородом — водород может использоваться для улучшения воспламеняемости бедных смесей в ДВС, работающем на традиционных видах топлива[15] (например, HCNG — смесь водорода с природным газом).
Делаются установки, производящие водород из дистиллированной воды на борту транспортного средства, далее водород добавляется к дизельному топливу. Такими установками оснащаются тяжёлые грузовики и горная техника. Считается, что это позволяет сократить расход топлива и увеличить мощность двигателя и уменьшить экологическую вредность выбросов[20], хотя существуют и другие точки зрения[21].
Водородные топливные элементы
Водородные топливные элементы могут производить электрическую энергию для электродвигателя на борту транспортного средства, заменив тем самым двигатель внутреннего сгорания, или применяться для бортового питания.
История
|
|