Водород – топливо будущего?

водородные автомобили Они были отодвинуты на второе место с выдающимся положением гибридных, газовых и электрических автомобилей. Однако водород может стать топливом будущего, обладая преимуществами, намного превосходящими электромобили с точки зрения бережного отношения к окружающей среде. И дело в том, что у электромобилей нет выбросов, но их аккумуляторы представляют собой серьезную экологическую проблему из-за производства лития, его переработки и обращения с отходами. Однако водород — это курица, несущая золотые яйца, все преимущества…

Что такое водород?

El водород Это химический элемент периодической таблицы, который характеризуется тем, что является самым простым из всех, с атомным номером 1. Это очень легкий газ, его можно хранить, и он сам по себе не производит загрязняющих выбросов. Благодаря этим характеристикам он идеально подходит для использования в качестве топлива. Кроме того, его очень много на Земле, и его можно легко получить с помощью химических процессов. Возобновляемая энергия может использоваться даже для производства этого типа газа. Следовательно, это также может быть способом получения возобновляемой энергии.

виды водорода

Существует цветовая номенклатура, которая классифицирует водород в зависимости от способа его получения. Важно знать существующие виды водорода, как:

• Серый водород: Этот тип водорода получают путем риформинга ископаемого топлива, такого как природный газ. На данный момент это самый дешевый водород для производства, но во время производства в атмосферу выбрасывается CO2, поэтому это не чистый способ его получения. Это самый дешевый и наиболее производимый сегодня.
• синий водород: это еще один тип водорода, полученный из ископаемого топлива, но на этот раз с использованием технологий, способных улавливать и хранить выбросы CO2, образующиеся в процессе, чтобы они не выбрасывались в атмосферу, поэтому он оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем серый. Конечно, выбросы при его производстве полностью не устраняются, но сокращаются. Цена производства этого вида водорода является промежуточной.
• Зеленый водород: Он лучший из троих, и о нем будут много говорить. Этот возобновляемый водород получают путем электролиза воды, поэтому во время процесса не образуется никаких загрязнений. Кроме того, для питания систем электролиза используются возобновляемые источники энергии, такие как ветер или солнечная энергия, поэтому это устойчивое и абсолютно чистое топливо. Однако в настоящее время он производится в меньших количествах, чем два предыдущих, и является самым дорогим.

Задача состоит в том, чтобы заменить все остальные атомы водорода зеленым водородом, и таким образом получить правильное топливо.

Как получают водород?

Водород, как мы видели в предыдущем разделе, можно получить различными способами. Но независимо от энергии, затраченной на его производственный процесс, давайте теперь посмотрим на способы получения этого газа так обильно:

• молекулярная трансформация: Этот метод достигается за счет серии химических реакций для получения водорода. Одним из наиболее широко используемых методов является использование природного газа, полученного из нефтяных месторождений. Высокотемпературный пар используется для отделения углерода от водорода, из которого сделан природный газ. Так получается диводород с одной стороны и углекислый газ с другой.
• Газификация: это метод газификации с помощью водяного пара и чистого кислорода из угля или биомассы. В реакторе уголь или биомасса сжигаются при очень высоких температурах. При сгорании выделяются газы, среди которых высокотоксичный монооксид углерода (CO) и диводород.
• электролиз воды: Это лучший метод из трех с точки зрения устойчивости, а также с точки зрения изобилия, поскольку большая часть земли состоит из воды. Поэтому его можно было получить из воды морей и океанов. Для этого используется резервуар с водой, куда вставляются электроды. Под действием постоянного электрического тока молекулы воды (H2O) разделяются на кислород (O2) и водород (H2). Когда источником энергии для этого электричества является возобновляемая энергия, такая как солнечная или ветровая, этот водород считается зеленым.

Как работает водородный двигатель (топливный элемент)?

Когда нам нужно превращать водород в энергию, газообразный водород может храниться в специальных резервуарах, откуда он направляется в топливный элемент. Там он снова соединяется с кислородом воздуха (как это происходит в двигателе внутреннего сгорания, когда воздух входит в цилиндр, вызывая сгорание), что вызывает энергетическую реакцию и таким образом получается энергия. Таким образом, в атмосферу не будут выбрасываться никакие загрязняющие газы, поскольку единственными отходами, образующимися в этом типе двигателя, является вода. Рекомбинация кислорода в воздухе с водородом создает в процессе молекулы H2O. Вода, которую можно было бы использовать для других целей, в том числе для регенерации водорода путем электролиза.

Благодаря этой реакции между водородом и кислородом в вашем топливном элементе вырабатывается электричество для перемещения электродвигатель и управлять автомобилем. Другими словами, водородные автомобили по сути являются электрическими, хотя они не получают энергию от литиевой батареи или другого типа, который загрязняет окружающую среду, или от гибридного двигателя, который также имеет выбросы. Однако некоторые транспортные средства этого типа могут иметь аккумулятор для хранения энергии, которая не расходуется для использования в другое время. Например, когда потребность в энергии высока, вся энергия, поступающая от топливного элемента, потребляется, а если она низкая, часть ее можно направить на электродвигатели, а часть сохранить в аккумуляторе.

Многие из этих автомобилей также имеют рекуперативный тормоз, то есть аккумулировать электрическую энергию от торможения, помогая тем самым снизить потребление водорода и добиться лучшей автономности. И, как я упоминал ранее, единственные образующиеся отходы — это вода, которую вы выбрасываете через выхлопную трубу.

Что касается компоненты автомобиля на водородных топливных элементах, мы имеем:

• блок управления мощностью: это система, которая оптимально контролирует подачу энергии в топливный элемент, а также зарядку аккумуляторов и использование этой электрической энергии.
• Электродвигатель: Может быть один или несколько. Обычно это синхронный двигатель с постоянными магнитами, который преобразует электричество от топливного элемента или аккумулятора в энергию для движения транспортного средства.
• преобразователь напряжения на топливных элементах: система способна адаптировать электричество, вырабатываемое водородным топливным элементом, для получения соответствующего напряжения для двигателей.
• группа топливных элементов: Это истинное сердце системы, компонент, в котором химическая энергия, поступающая от подачи водорода из резервуаров и кислорода из воздуха, преобразуется в электрическую энергию.
• Аккумулятор: батарея отвечает за хранение энергии, генерируемой топливным элементом и восстановленной при замедлении, а также за усиление мощности топливного элемента во время ускорения в случаях высокой нагрузки.
• резервуары высокого давления: водород должен безопасно храниться в резервуарах высокого давления. Кроме того, будут клапаны избыточного давления, предупреждение в случае утечки водорода и трехслойная конструкция: один из армированного стекловолокном полимера, промежуточный полимер и третий из углепластика. Все, чтобы выдерживать очень высокое давление.

работа топливного элемента

Мы сказали, что топливная ячейка, или электромобиль на водородных топливных элементах (FCEV), отвечает за выработку электроэнергии в результате реакции между водородом и кислородом из воздуха в атмосфере. Что ж, для производства этого электричества используются электрохимические реакции. Топливные элементы будут использовать анод и катод с каждой стороны электролита. Например, водород подается на анод, а катализатор используется для генерации положительно заряженных ионов, которые проходят через электролит к катоду. Между тем, на катоде воздух втягивается в систему и соединяется с катализатором, ионами водорода и электронами с образованием тепла и воды в качестве побочных продуктов. Это индуцирует ток, генерирующий электричество.

Опыт вождения автомобиля на водороде

На практике при вождении водородного автомобиля опыт почти идентичен опыту аккумуляторного электромобиля. Однако есть небольшие отличия, многие из них со временем будут дорабатываться, когда технологии будут развиваться, как это произошло и с электромобилями, которые сильно изменились от представленных первых моделей до нынешних, несмотря на то, что они относительно молод..

Проблема для автомобильных инженеров заключается в том, что водородные топливные элементы лучше всего работать с постоянной мощностью. Однако потребность в мощности обычного транспортного средства при движении по разным дорогам, таким как городские или шоссе, требует изменений в подаче мощности. Что-то, над чем работают инженеры, чтобы добиться наилучших возможных результатов.

Например, Toyota Mirai имеет 90 кВт (120 л.с.) номинальная мощность. Но этого недостаточно для ускорения на скоростном шоссе, поэтому Toyota (как и другие производители HFCV) добавляет высоковольтную батарею малой емкости, очень похожую на те, что используются в бензиново-электрических гибридных автомобилях, чтобы помочь достичь этого дополнительного ускорения и мощности, когда потребовал. Кроме того, это не означает, что очень мощные автомобили нельзя делать на топливных элементах, на самом деле суперкар Hyperion XP-1 — это водородный автомобиль, способный разгоняться от 0 до 100 км/ч примерно за 2.6 секунды, а максимальная скорость достигает 356 км/ч.

Преимущества и недостатки водорода как топлива

Наконец, важно выделить Преимущества и недостатки который должен использовать водород в качестве топлива для транспортных средств:

преимущество

Среди преимущество От использования водорода в качестве топлива имеем:

• Нулевые выбросы: водородные автомобили выделяют только воду в качестве побочного продукта. Таким образом, вы вносите свой вклад в окружающую среду.
• Быстрая заправка: заправка займет всего несколько минут, так как вам нужно будет только снова заполнить баки водородом, как если бы вы делали это с дизельным топливом или бензином. Ничего общего с электрическими, которые должны быть включены в сеть в течение длительного времени, чтобы полностью зарядить их аккумулятор. Кроме того, средняя стоимость электромобиля составляет около 8.5 евро за 100 км, что аналогично стоимости топлива, такого как дизельное топливо или бензин. Вместо этого водород может быть дешевле.
• Соответствует целям ЕС: цели, поставленные ЕС по сокращению выбросов, более чем достигаются водородными транспортными средствами. В предложении ЕС на 2030 год предполагается сократить выбросы загрязняющих газов на 35%, а водородный автомобиль выбрасывает 0.
• Минимальное обслуживание: Эти электродвигатели требуют минимального, простого и дешевого обслуживания, а также достаточно надежны. Таким образом, в этом отношении вам не придется вкладывать столько средств, сколько в автомобиль с двигателем внутреннего сгорания.
• Тихий: Они такие же тихие, как и электрические, поэтому не будут способствовать шумовому загрязнению, существующему во многих городах.
• Большая автономия: водородные автомобили обладают большей автономностью, что очень важно. В то время как электромобили предлагают в среднем 300 км пробега, водородные автомобили могут проехать более чем в два раза больше. Они могли бы даже достичь автономности более 2000 км в ближайшем будущем.
• Нулевые выбросы: с наклейкой DGT Zero Emissions вы можете парковаться в городах, не платя ни копейки, поэтому вы можете получить те же преимущества, что и с электромобилями, при движении по городским районам.
• Выдерживают экстремальные температуры: В отличие от 100% электромобилей, водородные автомобили могут работать при более экстремальных температурах. Это вряд ли будет заметно в производительности автомобиля или в его автономности, что происходит с электрическими.

недостатки

Конечно, водородные автомобили также имеют его недостатки, вроде все. Наиболее известные из них:

• Стоимость: Поскольку это не такая уж зрелая технология, автомобили на водороде стоят дороже, чем обычные автомобили или электромобили. Поэтому это деталь для рассмотрения. Однако в долгосрочной перспективе вы сможете сэкономить на топливе и в мастерской, учитывая их надежность. Кроме того, нужно сказать, что эти автомобили будут иметь тенденцию к снижению в цене с течением времени, поскольку технология создания топливных элементов, а также водородных баков будет более зрелой, что должно быть очень безопасным, чтобы выдерживать высокое давление и избегать утечек. при авариях, которые могут привести к взрывам.
• Мало точек для дозаправки: Поскольку в настоящее время это технология движения меньшинства, как и в случае с электромобилем, точек для заправки не так много. Это должно постепенно меняться. В Испании, например, сайты можно пересчитать по пальцам одной руки, так как в Севилье, Альбасете, Пуэртольяно, Сарагосе, Уэске и Барбастро их всего около 6. Другие страны, такие как Германия, уже имеют больше автомобилей этого типа и ставят перед собой цель увеличить количество заправочных станций до 500.
• Мало разнообразия моделей: Поскольку это не такая уж широко распространенная технология, в настоящее время существует несколько брендов и моделей на выбор, хотя это также изменится с течением времени, и производители будут производить их в больших масштабах. Кроме того, отсутствие заправочных станций или водородной сети не способствует увеличению продаж этого типа транспортных средств. Однако у вас уже есть отличные водородные автомобили, такие как Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT и т. д.
• не компактный: Учитывая сложность водородных баков и топливного элемента, эти автомобили, как правило, имеют большие габариты, поэтому, если вы ищете малогабаритные утилиты, вы можете забыть об этом. По крайней мере на данный момент, пока не будет достигнута более высокая степень уплотнения. Даже в некоторых случаях багажник обычно не очень вместителен, так как часть его пространства занимают другие механические узлы. В этом смысле они аналогичны электрическим.
• Пелигрозо: Водород очень летуч и легко воспламеняется. По этой причине резервуары с водородом должны быть очень прочными и безопасными, выдерживать удары, избегать утечек с помощью дополнительных систем безопасности и выдерживать высокое давление. Все для безопасности водителей и других пассажиров. Это приводит к другой производной проблеме, заключающейся в том, что топливный элемент и баки обычно имеют более ограниченный срок службы, учитывая правила техники безопасности. В настоящее время считается, что срок службы водородного резервуара составляет 15 лет, после чего его необходимо будет заменить на новый. Что касается топливного элемента, некоторые производители считают, что он может снизить свою мощность на 15% после пробега около 225.000 XNUMX км, хотя постепенно они совершенствуются в этом отношении.