Эпоха сырой нефти в автомобильной промышленности постепенно подходит к концу. По оценкам специалистов, занимающихся изучением топливного рынка, к 2050 году ископаемое топливо больше не будет играть доминирующую роль в транспортной отрасли. Большинство автомобилей будут работать на альтернативных источниках энергии.
Одним из наиболее перспективных видов сырья является водород, который ускорит популяризацию электромобилей и общественного транспорта за счет увеличения пробега без дозаправки.
Разработка технологий водородного двигателя
Разрабатывается двигатель, который позволит увеличить пробег электромобиля с водородными элементами до нескольких сотен километров.
Существуют образцы позволяющие передвигаться на электромобиле не только по городу с запасом хода 150-200 км, но и проехать, например, 600 км на одной заправке водородом.
Это передовая гибридная система, на основе топливного элемента нового поколения и накопителя энергии с использованием гибридных супер конденсаторов. Гибридная система будет своего рода расширением линейки электромобилей. Ее можно использовать в транспортных средствах, которые ездят не только по городу, но и по дальним маршрутам.
Самым большим преимуществом использования этой технологии в автомобильной промышленности является нулевой уровень вредных выбросов. Топливные элементы позволяют напрямую передавать энергию водорода, хранящегося под давлением, в электричество, используемое для питания электродвигателей.
Исследования по технологии получения энергии из водорода в промышленных масштабах ведутся уже давно. Водород станет отличной заменой сырой нефти не только из-за отсутствия выбросов. Это также самый распространенный элемент на Земле, поэтому ресурсы водорода не иссякнут, как в случае с нефтью.
Технология чистой энергии
Потенциал водорода уже оценили представители концернов, связанных с топливным и автомобильным рынками (включая BMW Group, Daimler, Honda, Hyundai, Royal Dutch Shell, Toyota). Концерны в начале 2017 года во время Всемирного экономического форума в Давосе учредили Комитет по продвижению водорода.
Задача комитета продвигать водород как важнейший энергоноситель, что позволит популяризировать электромобили, в долгосрочной перспективе снизить выбросы выхлопных газов в окружающую среду. Они видят серьезный прорыв в развитии технологий топливных элементов, которые будут использоваться на транспорте как дополнительный модуль для электромобилей.
В 2021 году существует несколько проектов в Европе, где эти элементы используются на автобусах и грузовиках в качестве расширителя запаса хода. Водород окажется полезным не только в автомобильном транспорте. Представители железнодорожных компаний также заинтересованы в приобретении водородных локомотивов.
Бензин или водород
С 2019 года Всемирный банк больше не финансирует инвестиции, связанные с разведкой и добычей сырой нефти и природного газа.
Одной из первых стран, полностью отказавшихся от нефти и природного газа, может стать Франция. Местное правительство объявило, что прекратит добычу этих ресурсов к 2040 году. В том же году вступит в силу полный запрет на продажу автомобилей, работающих на ископаемом топливе.
Французские автомобильные компании уже готовятся к такому повороту событий. Водородные такси закуплены в большом количестве таксопарками и количество таких машин планируется увеличивать в разы. В сотрудничестве с ведущим производителем и поставщиком водородного топлива, который имеет сотню водородных заправочных станций во всем мире, осуществляется проект электрификации французского флота.
Также водородными заправочными станциями уже занялись несколько крупных автомобильных компаний. Toyota — мировой лидер в производстве автомобилей, который уже предлагает на продажу водородный автомобиль.
В зависимости от того, как будет развиваться этот рынок, будут строиться водородные заправочные станции. На данный момент спрос на такие станции растет во всем мире. Десятки производителей водородного топлива, которое производится во всех развитых государствах, готовы поставлять водород.
Плюсы и минусы водородных автомобилей
Дело в том, что экологически сознательные водители покупают электромобиль, потому что альтернатив у них практически нет. Какой альтернативный привод лучше, кажется, уже решено.
Есть ли у водородного автомобиля все еще то, что нужно, чтобы начать тихий и тайный триумф? Здесь можно увидеть преимущества и недостатки водородных автомобилей в двух словах.
Все это означает, что водородный автомобиль полностью заправляется менее чем за пять минут, легко достигает скоростного диапазона современного дизельного автомобиля и начинает испытывать проблемы только при температуре около -30 °C. Но даже машина с обычным приводом не должна легко заводиться при такой температуре.
Более пристальный взгляд на недостатки показывает, что водородный привод имеет свои подводные камни и не может быть восхвален сверх всякой меры. Прежде всего, производство противоречит заявлению об экологической совместимости. Заправочные станции по-прежнему редкость.
Как работает водородный автомобиль
Строго говоря, водородные автомобили — это тоже электромобили, потому что они тоже оснащены электродвигателем. Однако работают они иначе, чем в электромобиле.
Топливный элемент заменяет батарею и использует химическую реакцию (обратный электролиз) между водородом и кислородом для производства электричества, которое затем питает двигатель и, следовательно, транспортное средство.
Топливные элементы PEM (полимерная электролитная мембрана) устанавливаются в водородных автомобилях. Водород и атмосферный кислород разделены мембраной, которая проницаема только для ионов водорода.
Эти ионы мигрируют через РЕМ к катоду, где они соединяются с атмосферным кислородом, образуя воду. Но теперь есть проблема, потому что, поскольку мембрана не пропускает это соединение, приходится идти в обход через линию к аноду. Именно этот путь создает электричество.
В конце концов, из выхлопных газов выходит только водяной пар, поэтому водородный автомобиль локально не имеет выбросов. Однако водород, который используют автомобили, в основном получают из углеводородов ископаемых ресурсов, таких как природный газ, нефть или уголь, а это означает, что экологический баланс водородного автомобиля отрицательный.
Насколько опасен водородный автомобиль
При работе с водородом необходимо соблюдать другие меры предосторожности, чем при работе с бензином. Водород, например, имеет более широкий диапазон воспламеняемости.
Это означает, что к компонентам транспортных средств и безопасности моделей предъявляются более строгие требования. Должны быть отдельные испытания на:
- давление,
- герметичность,
- разрыв и пожаробезопасность.
Стандарты безопасности для краш-тестов, предписанные в Европе, одинаковы для водородных автомобилей.
Как долго работает топливный элемент
В настоящее время топливные элементы имеют срок службы до 450 000 км. Если посмотреть на электромобили, батарея может работать значительно дольше и при этом сохранять 70 % своей емкости.
Однако это, конечно, не относится к каждому электромобилю, и, если приложить к топливным элементам те же усилия по исследованиям и разработкам, что и к батареям, то, безусловно, можно получить от них еще больший срок службы.
