Uzyskać wodór jako paliwo przyszłości. Paliwo wodorowe Dlaczego wodór nazywany jest paliwem przyszłości

Obecnie rozwiązano wiele problemów technicznych związanych z wprowadzeniem energii wodorowej. Wszystkie duże firmy samochodowe posiadają koncepcyjne modele samochodów napędzanych wodorem. Są stacje benzynowe dla tych samochodów. Jednak koszt wodoru jest nadal znacznie wyższy niż benzyny czy gazu ziemnego. Aby nowy przemysł stał się komercyjnie opłacalny, konieczne jest osiągnięcie nowego poziomu produkcji wodoru i obniżenie jego ceny.

Obecnie znanych jest kilkanaście metod wytwarzania wodoru z różnych materiałów wyjściowych. Najbardziej znana to hydroliza wody, jej rozkład podczas przepływu prądu elektrycznego, ale wymaga ona dużej ilości energii. Głównym kierunkiem zmniejszenia zużycia energii w elektrolizie wody jest poszukiwanie nowych materiałów na elektrody i elektrolity.

Opracowywane są metody wytwarzania wodoru z wody przy użyciu nieorganicznych środków redukujących – metali elektroujemnych i ich stopów z dodatkiem metali aktywujących. Takie stopy nazywane są substancjami magazynującymi energię (EAS). Pozwalają uzyskać z wody dowolną ilość wodoru. Innym sposobem na uwolnienie wodoru z wody może być jej fotoelektrochemiczny rozkład pod wpływem światła słonecznego.

Powszechnie stosowane metody obejmują przetwarzanie metanu (gazu ziemnego) w fazie gazowej oraz termiczny rozkład węgla i innych biomateriałów. Obiecujące są termochemiczne cykle produkcji wodoru, parowe metody jego konwersji z węgla i węgla brunatnego oraz torfu, a także metoda podziemnego zgazowania węgla do produkcji wodoru.

Osobnym tematem jest opracowanie katalizatorów do produkcji wodoru z surowców organicznych – produktu przetwarzania biomasy. Ale jednocześnie wraz z wodorem powstają znaczne ilości tlenku węgla (CO), który należy utylizować.

Inną obiecującą metodą jest proces katalitycznej obróbki parowej etanolu. Wodór można również uzyskać z węgla (zarówno węgla kamiennego, jak i brunatnego), a nawet z torfu. Coraz większą uwagę przykuwa również siarkowodór. Wynika to z niskiego zużycia energii na elektrolityczną separację wodoru od siarkowodoru oraz dużych zasobów tego związku w przyrodzie – w wodach mórz i oceanów, w gazie ziemnym. Siarkowodór jest również otrzymywany jako produkt uboczny przemysłu rafineryjnego, chemicznego i metalurgicznego.

Wodór można wytwarzać przy użyciu technologii plazmowych. Można je wykorzystać do zgazowania nawet najniższej jakości surowców węglowych, takich jak stałe odpady komunalne. Jako źródło plazmy termicznej stosuje się plazmotrony - urządzenia generujące strumień plazmy.

Magazynowanie wodoru

Istnieją następujące metody przechowywania wodoru bezpośrednio w samochodzie: butla gazowa, kriogeniczna, wodorek metalu.

W pierwszym przypadku wodór jest przechowywany w postaci sprężonej pod ciśnieniem około 700 atm. Jednocześnie masa wodoru wynosi tylko około 3% masy butli, a do przechowywania każdej zauważalnej ilości gazu potrzebne są bardzo ciężkie i obszerne butle. Nie wspominając o tym, że produkcja, ładowanie i eksploatacja takich butli wymagają specjalnych środków ostrożności ze względu na niebezpieczeństwo wybuchu.

Metoda kriogeniczna polega na skraplaniu wodoru i przechowywaniu go w izolowanych naczyniach w temperaturze -235 stopni. Jest to dość energochłonny proces – upłynnianie kosztuje 30-40% energii, którą uzyskuje się przy wykorzystaniu uzyskanego wodoru. Jednak bez względu na to, jak doskonała jest izolacja termiczna, wodór w zbiorniku nagrzewa się, ciśnienie wzrasta, a gaz jest uwalniany do atmosfery przez zawór bezpieczeństwa. Zaledwie kilka dni - a zbiorniki są puste!

Najbardziej obiecujące są urządzenia do przechowywania materiałów stałych, tzw. wodorki metali. Związki te są w stanie, jak gąbka, w pewnych warunkach absorbować wodór, a w innych oddawać, na przykład po podgrzaniu. Aby było to korzystne ekonomicznie, taki wodorek metalu musi „wchłonąć” co najmniej 6% wodoru. Cały świat szuka teraz podobnych materiałów. Jak tylko materiał zostanie znaleziony, technolodzy go podniosą, a proces „uwodornienia” będzie kontynuowany.

Wodór (H2) to alternatywne paliwo pozyskiwane z węglowodorów, biomasy i śmieci. Wodór jest umieszczany w ogniwach paliwowych (jak zbiornik na paliwo), a samochód jest napędzany energią wodoru.

Chociaż wodór jest jak dotąd postrzegany tylko jako alternatywne paliwo przyszłości, rząd i przemysł pracują nad czystą, ekonomiczną i bezpieczną produkcją wodoru do pojazdów elektrycznych z ogniwami paliwowymi (FCEV). Pojazdy FCEV już wchodzą na rynek w regionach, w których infrastruktura do tankowania wodoru jest niewielka. Rynek rozwija się również dla pojazdów specjalnych: autobusów, urządzeń przeładunkowych (np. wózki widłowe), sprzętu do obsługi naziemnej, średnich i dużych ciężarówek.

Samochody wodorowe Toyota, GM, Honda, Hyundai, Mercedes-Benz sukcesywnie pojawiają się w sieciach dealerskich. Takie samochody kosztują w granicach 4-6 milionów rubli (Toyota Mirai - 4 miliony rubli, Honda FCX Clarity - 4 miliony rubli).

Produkowane są edycje limitowane:

• BMW Hydrogen 7 i Mazda RX-8 hydrogen to dwupaliwowe samochody osobowe (benzyna/wodór). Stosowany jest ciekły wodór.
• Audi A7 h-tron quattro to samochód osobowy z hybrydą elektrowodorową.
• Hyundai Tucson
• Ford E-450. Autobus.
• Autobusy miejskie MAN Lion City Bus.

Doświadczanie:

• Ford Motor Company - Focus FCV;
• Honda - Honda FCX;
• Hyundai nexo
• Nissan - X-TRAIL FCV (ogniwa paliwowe UTC Power);
• Toyota - Toyota Highlander FCHV
• Volkswagen - przestrzeń do góry!;
• Ogólne silniki;
• Daimler AG - Mercedes-Benz Klasy A;
• Daimler AG - Mercedes-Benz Citaro (ogniwa paliwowe firmy Ballard Power Systems);
• Toyota - FCHV-BUS;
• Thor Industries - (ogniwa paliwowe UTC Power);
• Irisbus - (ogniwa paliwowe UTC Power);

W środowisku występuje dużo wodoru. Jest magazynowany w wodzie (H2O), węglowodorach (metan, CH4) i innej materii organicznej. Problem wodoru jako paliwa tkwi w efektywności jego ekstrakcji z tych związków.

Podczas ekstrakcji wodoru do atmosfery uwalniane są szkodliwe dla środowiska emisje, w zależności od źródła. Jednocześnie samochód napędzany wodorem jako spaliny emituje tylko parę wodną i ciepłe powietrze, ma zerową emisję.

WODÓR JAKO PALIWO ALTERNATYWNE

Zainteresowanie wodorem jako paliwem alternatywnym w transporcie wynika z:

• możliwość zastosowania ogniw paliwowych w bezemisyjnym FCEV;
• potencjał produkcji krajowej;
• szybkie tankowanie samochodów (3-5 minut);
• pod względem zużycia i ceny ogniwa paliwowe są nawet o 80 proc. wydajniejsze od zwykłej benzyny

W Europie koszt zatankowania pełnego baku wodoru o pojemności 4,7 kg wyniesie 3369 rubli (717 rubli za kilogram). Na pełnym baku Toyota Mirai przejeżdża średnio 600 kilometrów, łącznie 561 rubli za 100 kilometrów. Dla porównania cena 95. benzyny wynosi 101 rubli, tj. 10 litrów benzyny kosztuje 1010 rubli lub 6060 rubli za 600 kilometrów. Ceny na 2018 rok.

Dane z detalicznych stacji tankowania wodoru, zebrane i przeanalizowane przez Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej, pokazują, że średni czas napełnienia FCEV wynosi mniej niż 4 minuty.

Ogniwo paliwowe połączone z silnikiem elektrycznym jest dwa do trzech razy szybsze i bardziej ekonomiczne niż silnik spalinowy zasilany benzyną. Wodór jest również stosowany jako paliwo do silników spalinowych (wodór BMW 7 i Mazda RX-8). Jednak w przeciwieństwie do FCEV, takie silniki wytwarzają szkodliwe gazy spalinowe, które nie są tak silne jak wodorowe i są bardziej podatne na zużycie.

1 kilogram wodoru ma taką samą energię jak 1 galon (6,2 funta, 2,8 kilograma) benzyny. Ponieważ wodór ma niską objętościową gęstość energii, jest przechowywany w pojeździe jako sprężony gaz. W samochodach wodór jest przechowywany w zbiornikach wysokociśnieniowych (ogniwach paliwowych) zdolnych do przechowywania 5000 lub 10 000 psi wodoru. Na przykład FCEV produkowane przez producentów samochodów i dostępne w salonach mają pojemność 10 000 psi. Dystrybutory detaliczne, które w większości znajdują się na stacjach benzynowych, napełniają te zbiorniki w 5 minut. Opracowywane są inne technologie przechowywania, w tym chemiczne łączenie wodoru z wodorkiem metalu lub niskotemperaturowe materiały sorpcyjne.

Stacji dla samochodów wodorowych prawie nie ma, podążaj za dynamiką - w 2006 roku na świecie było 140 stacji, a do 2008 roku było ich 175. Masz wrażenie, że w ciągu 2 lat powstało 35 stacji, z czego 45% jest zlokalizowanych w USA i Kanadzie. Do 2018 roku liczba stacji wynosi około 300. Istnieją również stacje mobilne i stacje domowe, których dokładna liczba nie jest znana.

JAK DZIAŁA OGNIWO PALIWOWE

Podczas pompowania tlenu i wodoru przez katody i anody, które stykają się z katalizatorem platynowym, zachodzi reakcja chemiczna, w wyniku której powstaje woda i prąd elektryczny. Aby zwiększyć ładunek o napięciu 0,7 V w jednym ogniwie, potrzebny jest zestaw kilku ogniw (ogniw), co powoduje wzrost napięcia.

Zobacz poniżej schemat, w jaki sposób uzyskuje się ogniwo paliwowe.

GDZIE TANKOWAĆ SAMOCHODY WODOROWE?

Rewolucja wodorowych ogniw paliwowych nie rozpocznie się bez wystarczającej dla konsumenta liczby stacji tankowania wodoru, dlatego brak infrastruktury dla stacji tankowania wodoru nadal hamuje rozwój wodoru. Amerykanie od dawna widzieli na swoich ulicach pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi, takie jak Honda FCX Clarity, które codziennie przewożą ludzi do iz pracy. Dlaczego nadal nie ma stacji benzynowych?

Chcielibyśmy zauważyć, że artykuł dotyczy rynku amerykańskiego, ponieważ w Rosji wciąż nie ma nic do powiedzenia o paliwie wodorowym do samochodów, po prostu nie ma go tutaj. A powodem nie jest lobby potentatów naftowych, po prostu gospodarka w Rosji nie jest taka sama, aby AUTOWAZ rozpoczął badania w tej dziedzinie. Japonia i Ameryka, w przeciwieństwie do Rosji, od dawna badają to alternatywne źródło paliwa i poszły daleko do przodu (pierwszy samochód wodorowy w Stanach Zjednoczonych pojawił się w 1959 r.)

Przeciętny Amerykanin, w zależności od tego, gdzie mieszka, może trochę poczekać na pojawienie się stacji benzynowych. Jeszcze pięć lat temu opinia publiczna zgadzała się, że autostrady wodorowe będą napędzać przyszłość. W Stanach Zjednoczonych planowano budowę stacji wzdłuż wybrzeża Kalifornii, od Maine po Miami.

TREND BUDOWY STACJI TANKOWANIA WODORU

Ameryka Północna, Kanada

Pięć stacji zostało zbudowanych w Kolumbii Brytyjskiej (zachodnia prowincja Kanady) od 2005 roku. W Kanadzie nie powstanie więcej stacji, projekt zakończono w marcu 2011 roku.

Stany Zjednoczone

Arizona: Prototypowa stacja tankowania wodoru zbudowana zgodnie z wytycznymi bezpieczeństwa środowiskowego w Phoenix, aby udowodnić możliwość budowy takich stacji tankowania na obszarach miejskich.

Kalifornia: W 2013 roku gubernator Brown podpisał ustawę o sfinansowaniu 20 milionów dolarów rocznie przez 10 lat na 100 stacji. Kalifornijska Komisja Energetyczna przeznaczyła 46,6 miliona dolarów na 28 stacji, które mają zostać ukończone w 2016 roku, co ostatecznie przybliży znak 100 stacji w sieci paliw w Kalifornii. Od sierpnia 2018 r. w Kalifornii otwartych jest 35 stacji, a do 2020 r. oczekuje się kolejnych 29.

Hawaje otworzyły pierwszą stację wodorową w Hikamie w 2009 roku. W 2012 roku Aloha Motor Company otworzyła stację wodorową w Honolulu.

Massachusetts: Francuska firma Air Liquide zakończyła w październiku 2018 r. budowę nowej stacji tankowania wodoru w Mansfield. Jedyna stacja paliw wodorowych w Massachusetts położona w Billerica (40 243 mieszkańców), w siedzibie Nuvera Fuel Cells, producenta wodorowych ogniw paliwowych.

Michigan: W 2000 roku Ford i Air Products otworzyły pierwszą fabrykę wodoru w Ameryce Północnej w Dearborn w stanie Michigan.

Ohio: W 2007 roku na terenie kampusu Uniwersytetu Stanowego Ohio w Centrum Badań Motoryzacyjnych otwarto stację paliw wodorowych. Jedyny w całym Ohio.

Vermont: Wytwórnia wodoru zbudowana w 2004 roku w Burlington. Projekt został częściowo sfinansowany przez Program Wody Wodorowej Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych.

Azja

Japonia: W latach 2002-2010 JHFC zleciło kilka stacji tankowania wodoru w Japonii w celu przetestowania technologii produkcji wodoru. Na koniec 2012 r. zainstalowano 17 stacji wodorowych, w 2015 r. 19. Rząd przewiduje utworzenie do 100 stacji wodorowych. Budżet przeznaczył na to 460 mln USD, co pokrywa 50% wydatków inwestorów. JX Energy zainstalowało 40 stacji do 2015 roku i kolejne 60 w latach 2016-2018. Toho Gas i Iwatani Corp zainstalowały 20 stacji w 2015 roku. Toyota i Air Liquide utworzyły spółkę joint venture, aby zbudować 2 elektrownie wodorowe, które zbudowali w 2015 roku. Osaka Gas wybudował 2 stacje w latach 2014-2015.

Korea Południowa: W 2014 r. Korea Południowa oddała do użytku jedną stację wodorową, a na 2020 r. zaplanowano dodatkowe 10 stacji.

Europa

Od 2016 roku w Europie jest ponad 25 stacji, które mogą zatankować 4-5 pojazdów dziennie.

Dania: W 2015 r. w sieci wodorowej znajdowało się 6 publicznych stacji. H2 Logic, część NEL ASA, buduje w Herning fabrykę do produkcji 300 stacji rocznie, z których każda może wyprodukować 200 kg wodoru dziennie i 100 kg w 3 godziny.

Finlandia: W 2016 roku w Finlandii są stacje publiczne 2 + 1 (Voikoski, Vuosaari), jedna z nich jest mobilna. Stacja napełnia samochód 5 kilogramami wodoru w trzy minuty. Zakład produkcji wodoru działa w Kokkola w Finlandii.

Niemcy: Od września 2013 r. istnieje 15 publicznie dostępnych stacji wodorowych. Większość, ale nie wszystkie z tych elektrowni są obsługiwane przez partnerów Partnerstwa na rzecz Czystej Energii (CEP). Z inicjatywy H2 Mobility liczba stacji w Niemczech ma w 2023 roku wzrosnąć do 400 stacji. Cena projektu to 350 milionów euro.

Islandia: Pierwsza komercyjna elektrownia wodorowa otwarta w 2003 r. w ramach krajowej inicjatywy zmierzającej do przejścia na gospodarkę wodorową.

Włochy: Pierwsza komercyjna stacja wodorowa otwarta w Bolzano od 2015 roku.

Holandia: Holandia otworzyła swoją pierwszą publiczną stację benzynową 3 września 2014 r. w Rowe koło Rotterdamu. Zakład wykorzystuje wodór z rurociągu z Rotterdamu do Belgii.

Norwegia: W lutym 2007 r. otwarto pierwszą w Norwegii stację tankowania wodoru, Hynor. Uno-X, we współpracy z NEL ASA, planuje do 2020 roku zbudować do 20 stacji, w tym zakład do produkcji wodoru na miejscu z nadwyżki energii słonecznej.

Zjednoczone Królestwo

Pierwsza stacja publiczna w Swindon została otwarta w 2011 roku. W 2014 roku HyTec otworzył stację London Hatton Cross. 11 marca 2015 r. w ramach projektu rozbudowy sieci wodorowej w Londynie otwarto pierwszy supermarket zlokalizowany na stacji tankowania wodoru w Sensbury's Hendon.

Kalifornia jest liderem w finansowaniu i budowie stacji tankowania wodoru dla FCEV. W Kalifornii od połowy 2018 r. otwarto 35 detalicznych stacji wodorowych, a 22 kolejne znajdują się na różnych etapach budowy lub planowania. Kalifornia nadal finansuje budowę infrastruktury, a Komisja ds. Energii jest upoważniona do przydzielania do 20 mln USD rocznie do 2024 r., do czasu uruchomienia 100 stacji. W północno-wschodnich stanach planowana jest budowa 12 stacji detalicznych. Pierwsza zostanie otwarta do końca 2018 roku. Niekomercyjne stacje w Kalifornii i stacje zbudowane w pozostałej części Stanów Zjednoczonych obsługują pasażerskie FCEV, autobusy, a także są wykorzystywane do celów badawczych i demonstracyjnych.

Koszty utrzymania stacji wodorowej

Stacji wodorowych nie jest tak łatwo zastąpić rozbudowaną sieć stacji paliw (w 2004 r. 168 tys. punktów w Europie i USA). Wymiana stacji benzynowych na wodorowe kosztuje półtora biliona dolarów. Jednocześnie koszt organizacji sieci paliw wodorowych w Europie może być pięciokrotnie niższy niż cena sieci tankowania pojazdów elektrycznych. Cena jednej stacji EV wynosi od 200 000 do 1 500 000 rubli. Koszt stacji wodorowej to 3 miliony dolarów. Jednocześnie sieć wodorowa nadal będzie tańsza niż sieć stacji pojazdów elektrycznych pod względem zwrotu. Powodem jest szybkie tankowanie samochodów wodorowych (od 3 do 5 minut). Na milion pojazdów zasilanych wodorowymi ogniwami paliwowymi potrzeba mniej stacji wodorowych niż stacji ładowania na milion pojazdów elektrycznych z akumulatorem.

W przyszłości kwestia tankowania wodorem zostanie rozwiązana dla osoby, w zależności od jej miejsca zamieszkania. Stacje paliw będą tankować samochody wodorem dostarczanym cysternami z dużych reformerów paliw. Dostawy od takich przedsiębiorstw nie będą w niczym ustępować dostawom benzyny z rafinerii. Patrząc w przyszłość, lokalne elektrownie wodorowe nauczą się czerpać korzyści z lokalnych zasobów i odnawialnych źródeł energii.

METODY PRODUKCJI WODORU

• reforming parowy metanu i gazu ziemnego;
• elektroliza wody;
• zgazowanie węgla;
• piroliza;
• częściowe utlenianie;
• biotechnologia

Reforming parowy metanu

Metoda oddzielania wodoru metodą parowego reformingu metanu ma zastosowanie do paliw kopalnych, takich jak gaz ziemny – jest on podgrzewany i dodawany jest katalizator. Gaz ziemny nie jest odnawialnym źródłem energii, ale jak dotąd istnieje i jest wydobywany z wnętrzności ziemi. Departament Energii twierdzi, że emisje zreformowanych samochodów wodorowych są o połowę mniejsze niż w przypadku samochodów napędzanych benzyną. Produkcja wodoru reformowanego została już w pełni uruchomiona i tańsza jest produkcja wodoru w ten sposób niż wodór z innych źródeł.

Zgazowanie biomasy

Wodór pozyskiwany jest również z biomasy – odpadów rolniczych, zwierzęcych i ścieków. W procesie zwanym zgazowaniem biomasa poddawana jest działaniu temperatury, pary i tlenu, tworząc gaz, który po dalszej obróbce wytwarza czysty wodór. „Są całe składowiska do zbiórki odpadów rolniczych – gotowych źródeł wodoru, których potencjał jest niedoceniany i marnowany” – skarży się dyrektor ds. polityki Stowarzyszenia Badań Energii Wodorowej i Ogniw Paliwowych James Warner.

Elektroliza

Elektroliza to proces oddzielania wodoru od wody za pomocą prądu elektrycznego. Ta metoda wydaje się prostsza niż mieszanie się z paliwami kopalnymi i odpadami zwierzęcymi, ale ma wady. Elektroliza jest konkurencyjna na obszarach, gdzie energia elektryczna jest tania (w Rosji może to być obwód irkucki - 8 elektrowni na region, 1 rubel 6 kopiejek za kilowatogodzinę).

Elektrownie wodorowe Hondy wykorzystują energię słoneczną i elektrolizer do oddzielania „H” od „O” w H2O. Po oddzieleniu wodór jest magazynowany w zbiorniku pod ciśnieniem 34,47 MPa (megapaskal). Wykorzystując wyłącznie energię słoneczną, stacja wytwarza 5700 litrów wodoru rocznie (paliwo to wystarcza na jeden samochód przy średnim rocznym przebiegu). Po podłączeniu do sieci elektrycznej stacja produkuje do 26 tys. litrów rocznie.

„Kiedy wodór znajdzie niszę na rynku paliwowym i gdy pojawi się na niego popyt, stanie się jasne, w jaki sposób wydobywanie wodoru jest opłacalne” – powiedział James Warner, dyrektor ds. polityki Stowarzyszenia Badań nad Energią Wodorową i Ogniwami Paliwowymi. „Niektóre sposoby produkcji wodoru będą wymagały nowych przepisów regulujących jego produkcję. Jeśli wodór będzie stale potrzebny, zobaczysz, jak zaczną się regulować zasady wykorzystywania odpadów rolniczych i wody do elektrolizy.

Większość wodoru odzyskiwanego w Stanach Zjednoczonych każdego roku jest wykorzystywana do rafinacji ropy naftowej, obróbki metali, produkcji nawozów i przetwórstwa spożywczego.

REDUKCJA TECHNOLOGII SAMOCHODÓW WODOROWYCH I ICH ROZWÓJ

Kolejną przeszkodą dla producentów samochodów wodorowych jest koszt technologii wodorowej. Na przykład zestaw ogniw paliwowych do samochodów do tej pory opierał się na platynie jako katalizatorze. Jeśli musiałeś kupić platynowy pierścionek dla ukochanej, znasz wysoką cenę metalu.

Naukowcy z Los Alamos National Laboratory udowodnili, że możliwe jest zastąpienie tego drogiego metalu bardziej powszechnym – żelazem lub kobaltem, jako katalizatorem. A naukowcy z Case Western Reserve University opracowali katalizator z nanorurek węglowych, który jest 650 razy tańszy niż platyna. Zastąpienie platyny jako katalizatora w ogniwach paliwowych znacznie obniży koszty technologii wodorowych ogniw paliwowych.

Na tym nie kończą się badania nad udoskonaleniem wodorowego ogniwa paliwowego. Mercedes opracowuje technologię sprężania wodoru do ciśnienia 68,95 MPa (megapaskala), aby w pojeździe można było przewozić więcej paliwa, z zaawansowanymi możliwościami dodatkowego magazynowania energii. „Jeśli wszystko pójdzie dobrze, samochody wodorowe będą miały zasięg ponad 1000 km”. powiedział dr Herbert Kohler, wiceprezes Daimler AG.

Departament Energii USA twierdzi, że koszt montażu pojazdów z ogniwami paliwowymi został obniżony o 30 procent w ciągu ostatnich trzech lat i 80 procent w ciągu ostatniej dekady. Ogniwa paliwowe wydłużyły swoją żywotność, ale to nie wystarczy. Aby konkurować z pojazdami elektrycznymi, należy podwoić żywotność ogniw paliwowych. Dzisiejsze pojazdy napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi jeżdżą przez około 2500 godzin (czyli około 120 000 km), ale to nie wystarczy. „Aby konkurować z innymi technologiami, trzeba osiągnąć co najmniej 5000 godzin” – mówi jeden z członków rady akademickiej ministerialnego programu ogniw paliwowych.

Rozwój technologii wodorowych ogniw paliwowych obniży koszty produkcji samochodów poprzez uproszczenie mechanizmów i systemów, ale producenci odniosą korzyści tylko z produkcji seryjnej. Przeszkodą w masowej produkcji pojazdów wodorowych jest brak hurtowych dostaw części zamiennych do pojazdów z wodorowymi ogniwami paliwowymi. Nawet FCX Clarity, który już jest w serii, nie ma dodatkowych części zamiennych w cenach hurtowych (po prostu nie korzystali z wyszukiwania). Producenci samochodów rozwiązują ten problem na swój własny sposób, montując wodorowe ogniwa paliwowe w drogich modelach do docierania. Drogie samochody produkowane są w mniejszych ilościach niż auta budżetowe, co oznacza, że ​​nie ma problemów z dostawą do nich części zamiennych. „Wprowadzamy 'technologię wodorową' do luksusowych samochodów i monitorujemy jej działanie w praktyce. Podczas gdy rynek obejmuje samochody wodorowe, tak jak dziesięć lat temu technologia hybrydowa, producenci samochodów rozwijają modele wodorowe w dół łańcucha do samochodów budżetowych ”- mówi Steve Ellis, kierownik sprzedaży pojazdów z ogniwami paliwowymi w Hondzie.

OGNIWA PALIWOWE Z PALIWEM WODOROWYM W WARUNKACH POLOWYCH

Począwszy od 2008 roku, Honda rozpoczęła ograniczony program leasingu dla 200 sedanów FCX Clarity, które są zasilane wodorowymi ogniwami paliwowymi. W rezultacie tylko 24 klientów w Południowej Kalifornii w USA płaciło miesięczną opłatę w wysokości 600 USD w ciągu trzech lat. W 2011 roku umowa najmu wygasła, a Honda odnowiła tych klientów i dodała nowych do kampanii badawczej. Oto, czego firma dowiedziała się podczas swoich badań:

1. Kierowcy FCX Clarity byli w stanie bez problemu pokonywać krótkie odległości przez Los Angeles i okolice (Honda twierdzi, że FCX ma zasięg 435 km).
2. Brak niezbędnej infrastruktury to poważna niedogodność dla najemców mieszkających daleko od stacji wodorowych w Kalifornii. Większość stacji znajduje się w pobliżu Los Angeles, przywiązując samochody do 240-kilometrowej strefy.
3. Średnio kierowcy pokonywali 19,5 tys. km rocznie. Jeden z pierwszych najemców przekroczył właśnie granicę 60 tys. km.
4. Sprzedawcy, którzy leasingują pojazdy FCX Clarity, przechodzą specjalne szkolenie na temat „Jak wyszkolić klientów do korzystania z samochodu na wodór”. „Sprzedawcom zadaje się pytania, jakich nigdy wcześniej nie słyszeli” – mówi Steve Ellis, kierownik ds. sprzedaży i marketingu pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi Hondy.

CZY PROGRAM WODOROWY OTRZYMA WSPARCIE RZĄDOWE?

Producenci samochodów i konstruktorzy łańcuchów tankowania są zgodni, że nie będzie możliwe obniżenie kosztów w krótkim okresie bez interwencji rządu. Wydaje się to jednak mało prawdopodobne w Stanach Zjednoczonych, biorąc pod uwagę wszystkie opisane zastrzyki gotówki z lokalnej administracji stanów i ministerstw.

Wraz z sekretarzem ds. energii Stephenem Chu administracja Obamy wielokrotnie próbowała obciąć finansowanie programu wodorowych ogniw paliwowych, ale jak dotąd wszystkie te cięcia zostały anulowane przez Kongres.

Nacisk na technologię akumulatorów wydaje się krótkowzroczny dla zwolenników wodoru. „Są to technologie uzupełniające się”, mówi Steve Ellis, rzecznik prasowy Hondy. Na przykład technologia opracowana dla FCX jest wdrażana w samochodzie elektrycznym Fit. „Wierzymy, że wodorowe ogniwa paliwowe w połączeniu z pojazdami elektrycznymi prześcigną wszystkie alternatywne źródła energii, aby być liderem w tej dekadzie”.

Niezadowoleni są też ci, którzy z własnej kieszeni płacą za budowę nowych stacji paliw. Mówią, że nie odmówią pomocy rządowej, dopóki nie wzrośnie zapotrzebowanie na paliwo wodorowe i nie zmniejszą się koszty odnawialnych źródeł energii.

Tom Sullivan tak mocno wierzy w niezależność energetyczną, że przelał wszystkie pieniądze z sieci supermarketów na SunHydro, firmę budującą stacje paliw wodorowych zasilane energią słoneczną. Tom uważa, że ​​ukierunkowane obniżki podatków mogą zachęcić przedsiębiorców do inwestowania w elektrownie wodorowe zasilane energią słoneczną. „Musi istnieć zachęta dla ludzi do inwestowania w takie firmy” — mówi Tom. „Ludzie o trzeźwym umyśle prawdopodobnie nie zainwestują w budowę stacji tankowania wodoru”.

Dla Steve'a Ellisa z Hondy pytanie jest zarówno praktyczne, jak i polityczne. „Technologia paliw wodorowych pomaga społeczeństwu oszczędzać paliwo i środowisko" – mówi Steve. „Jeśli tak, to czy społeczeństwo pomoże sobie w przestawieniu się na paliwo alternatywne?"

Wadą alternatywnych źródeł paliw stosowanych już w samochodach, takich jak olej roślinny (więcej o tym tutaj) czy gaz ziemny, jest to, że nie są one odnawialne, w przeciwieństwie do paliwa wodorowego.

CAŁKOWITY

Wady paliwa wodorowego:

• produkcja wodoru nie jest jeszcze doskonała i zanieczyszcza środowisko;
• utworzenie sieci stacji paliw wodorowych jest kosztowne (półtora biliona dolarów amerykańskich);
• właściciele samochodów są związani ze stacjami benzynowymi (jesteś zakładnikiem stanu Kalifornia, dalej nie pojedziesz).

plusy paliwo wodorowe:

• samochody wodorowe mają zerową emisję, ratujemy przyrodę;
• szybkie tankowanie (od 3 do 5 minut);
• ekonomicznie wodór przewyższa samochody benzynowe pod względem zużycia paliwa (600 km za 3369 rubli za wodór w porównaniu z 6060 rubli za podróż na benzynie).

A teraz czas na film naukowy!

Skąd można uzyskać wodór, było znane od dawna, kilka wieków temu. Sposób wytwarzania wodoru został szczegółowo opisany w publikacji:
OD Khvolson, Kurs Fizyki, Berlin, 1923, tom. 3 i.

Okazuje się, że bez naruszania praw fizyki można zbudować maszynę, która będzie wytwarzać ciepło dzięki dodatniej różnicy energii spalania wodoru i energii zużywanej na jego pozyskanie w procesie elektrolizy wody.

W szczególności 2 g wodoru po spaleniu uwalnia 67,54 dużych kalorii ciepła, a podczas elektrolizy roztworu kwasu siarkowego pod napięciem 0,1 V zużywa się mniej niż 5 dużych kalorii ciepła, aby uzyskać taką samą ilość wodór. Najważniejsze jest to, że elektroliza nie zużywa energii rozdzielania cząsteczki wody na tlen i wodór. Ta praca jest wykonywana bez naszego udziału sił międzycząsteczkowych podczas dysocjacji wody przez jony kwasu siarkowego. Energię zużywamy tylko na zneutralizowanie ładunków istniejących jonów wodorowych i pozostałej części SO- Ilość uwolnionego wodoru nie zależy od energii, a jedynie od ilości energii elektrycznej, równej iloczynowi siły prądu i czasu jego przejście.

Kiedy wodór jest spalany, uwalniana jest dokładnie energia, która musiałaby zostać wykonana, aby oderwać cząsteczkę wodoru od tlenu w powietrzu. A to jest 67,54 dużych kalorii. Powstały nadmiar energii można wykorzystać na różne sposoby.

Wodór można dostać bezpośrednio na stacjach benzynowych i zatankować nim samochody.

W domu, pobierając z sieci jedną kilowatogodzinę energii, możemy uzyskać 10 kWh energii cieplnej na potrzeby gospodarstwa domowego. To rodzaj wzmacniacza energii. Nie będzie potrzeby stosowania rur gazowych, sieci grzewczej i kotłowni. Energia będzie przygotowywana bezpośrednio w mieszkaniu z wody i znowu tylko woda będzie marnotrawstwem.

W dużych instalacjach przemysłowych, nawet o sprawności 33%, tak jak w dzisiejszych elektrowniach jądrowych spalających wodór, będziemy otrzymywać energię elektryczną kilkakrotnie więcej niż wydano na pozyskiwanie tego wodoru.

Zastosowanie wodoru jako paliwa do samochodów jest atrakcyjne ze względu na kilka jego szczególnych zalet:

• gdy w silniku spala się wodór, powstaje prawie tylko woda, co sprawia, że ​​silnik napędzany wodorem jest najbardziej przyjazny dla środowiska;
• wysokie właściwości energetyczne wodoru (1 kg wodoru odpowiada prawie 4,5 kg benzyny);
• nieograniczona baza surowcowa do produkcji wodoru z wody.

Wodór można wykorzystać jako paliwo do samochodów na kilka różnych sposobów:

• można użyć tylko samego wodoru;
• wodór można stosować razem z paliwami konwencjonalnymi;
• wodór może być stosowany w ogniwach paliwowych.

Oczywiście istnieją pewne trudności techniczne, którymi należy się zająć. Około 30 lat temu akademik A.P. Aleksandrov prowadził seminarium na temat energii wodorowej. Omówiono już projekty techniczne. Założono, że energia atomowa zostanie wykorzystana do produkcji wodoru, a już teraz będzie on wykorzystywany jako paliwo. Ale było oczywiste, że wkrótce zdali sobie sprawę, że energia jądrowa w ogóle nie jest tutaj potrzebna. Wtedy wszystkie projekty wodorowe zostały zmarnowane, ponieważ nie potrzebowały paliwa wodorowego, ale plutonu.

Pisarka L. Ulitskaya, z wykształcenia genetyk, pisała w Obshchaya Gazeta 16-22 maja 2002 r. „Romantyczny okres w dziejach nauki minął. Jestem absolutnie pewien, że tanie źródła energii elektrycznej zostały opracowane od dawna, a te rozwiązania znajdują się w sejfach królów naftowych. Jestem przekonany, że dzisiejsza nauka działa w taki sposób, że nie mogą tego nie robić. Ale dopóki ostatnia kropla oleju nie zostanie spalona, ​​takie wydarzenia nie zostaną uwolnione z sejfu, nie potrzebują redystrybucji pieniędzy, pokoju, władzy, wpływów ”.

Do tej pory zwolennicy rozwoju energetyki jądrowej podnoszą koronne pytanie: gdzie jest alternatywa dla atomu? Zaciekłego sprzeciwu należy spodziewać się nie tylko ze strony zwolenników energetyki jądrowej, ale ze strony całego kompleksu paliwowo-energetycznego. Nie będą szczędzić wysiłków i pieniędzy, aby wspólnie z jego entuzjastami pogrzebać problem paliwa wodorowego.

Ponad 90% wodoru pozyskiwane jest w procesach rafinacji ropy naftowej i petrochemii. Również wodór jest wytwarzany podczas przekształcania gazu ziemnego w gaz syntezowy. Proces otrzymywania wodoru przez elektrolizę wody jest niezwykle kosztowny, pod względem energochłonności jest praktycznie równy ilości energii uzyskiwanej podczas spalania wodoru w silniku.

Obecnie prawie cały wytworzony wodór jest wykorzystywany w różnych procesach rafinacji ropy naftowej i petrochemii.

Z powietrzem wodór zapala się stabilnie w szerokim zakresie stężeń, co zapewnia stabilną pracę silnika we wszystkich trybach prędkości.

Spaliny są praktycznie wolne od tlenków węgla (CO i CO2) oraz niespalonych węglowodorów (CH), ale emisja tlenków azotu jest dwukrotnie wyższa od emisji tlenków azotu z silnika benzynowego.

Ze względu na wysoką reaktywność wodoru istnieje możliwość przebicia płomienia do kolektora dolotowego i przedwczesnego zapłonu mieszanki. Ze wszystkich możliwości wyeliminowania tego zjawiska najbardziej optymalna jest wtrysk wodoru bezpośrednio do komory spalania.

Problem wykorzystania wodoru jako paliwa silnikowego polega na jego przechowywaniu w samochodzie.

System przechowywania sprężonego wodoru zmniejsza objętość zbiornika, ale nie jego masę ze względu na zwiększoną grubość ścianki. Przechowywanie ciekłego wodoru jest trudne, biorąc pod uwagę jego niską temperaturę wrzenia. Ciekły wodór jest przechowywany w pojemnikach o podwójnych ściankach.

Gdy wodór jest przechowywany w postaci wodorków metali, wodór jest w stanie związanym chemicznie. Jeśli jako wodorek metalu stosuje się wodorek magnezu, stosunek wodoru do metalu nośnika wynosi około 168 kg magnezu i 13 kg wodoru.

Wysoka temperatura samozapłonu mieszanin wodorowo-powietrznych utrudnia stosowanie wodoru w silnikach wysokoprężnych. Podtrzymywany zapłon może być zapewniony przez wymuszony zapłon ze świecy.

Trudności w stosowaniu wodoru i jego wysoka cena doprowadziły do ​​opracowania paliwa łączonego benzyna-wodór. Zastosowanie mieszanek benzynowo-wodorowych pozwala zmniejszyć zużycie benzyny o 50% przy prędkości 90 – 120 km/h oraz o 28% podczas jazdy po mieście.

Uwagi:

Jestem na paliwo kombinowane benzyna-wodór

I jestem za zastosowaniem mobilnego reaktora wodorowego, jak opisano powyżej. I nie potrzebujesz stron i to jest bezpieczne. Dla bezpieczeństwa, jak już wiadomo, możesz użyć uszczelnienia wodnego.

Nikt nigdy nie będzie w stanie uruchomić wodoru jako paliwa póki jest olej .... jak zdobyć lub zobaczyć rysunki instalacji do ogrzewania pieca ……….

Na początku artykułu mówi się o kwasie siarkowym, potem od niechcenia wspomina się o wodzie. Więc z jakim płynem będziemy mieli do czynienia i związanymi z tym niejasnościami środowiskowymi?
Nie jestem chemikiem, proszę nie kopać, jeśli coś przegapiłeś.

Jeśli używasz kwasu siarkowego o określonym średnim stężeniu, to po uzyskaniu z niego wodoru przez elektrolizę konieczne jest jakoś utrzymanie stężenia kwasu. Możesz po prostu dodać wodę i podążać za hydrometrem, ale woda z wodociągu jest daleka od destylacji, a odparowanie tlenku siarki-6 w systemie bezciśnieniowym również najprawdopodobniej nastąpi, w końcu gaz. Spalanie wodoru w równolegle wytwarzanym tlenie, w celu zapewnienia szczelności, jest konieczne w małych porcjach, ale jest to również przeciwwybuchowe. Pomysł jest dobry, musisz spróbować - dostępny jest elektrolit z akumulatora, podobnie jak sieć energetyczna.

W czasie II wojny światowej wodór był używany na Derijabach w Leningradzie, a później do napędzania silników maszyn z wciągarkami

Zapomnij, to wszystko teoria, w rzeczywistości wszystko się zgadza, tylko tutaj wodór jest 3 razy mniej kaloryczny, powiedzmy gaz ziemny, a sprawność takiego silnika jest 3 razy niższa niż, powiedzmy, na gazie ziemnym, to znaczy będzie brzęczeć na biegu jałowym, ale nie jeździć. zapomnij o stosowaniu samowystarczalnego paliwa wodorowego, to jest utopia, ale intensyfikacja molekularna paliwa to benzyna, gaz, olej napędowy w silnikach spalinowych i w instalacjach turbin gazowych, jest to obiecujące ekonomicznie uzasadnione, gdyż sprawność silników wzrasta 2-3 razy, przy zmniejszeniu zużycia paliwa o 38-50%, powiedzmy 100 km to realne. Wszystkie te nieporozumienia dotyczące Browna, Mayera i innych to nic więc prawa fizyki a ojciec -teściowa działa, nie jest realistyczne pobieranie gazu przez elektrolizę i nie jest realistyczne chodzenie do nm, ponieważ moc na pokładzie sieci samochodowej jest niewystarczająca, generator typowego samochodu daje maksymalny prąd 7,5A , dla stabilnej pracy elektrolizera wymagana siła prądu jest co najmniej 2 razy większa, co oznacza, że ​​wystarczająco szybko podłożymy akamulator i również spalimy jak minimalny auto regulator przekaźnika.Wszystko wypłynęło. Ale wciąż istnieje rozwiązanie, ponieważ liczba oktanowa wodoru wynosi odpowiednio 1000, konieczne jest bardzo mało zasilania silnika, to znaczy doprowadzenie prądu w elektrolizerze do 3-4 amperów i przygotowanie benzyny lub paliwa mieszanki bezpośrednio przed wtryskiem do komory spalania wzbogacając ją w powstały gaz detonujący .Jak pokazała praktyka na samochodach podmiotów Skoda Octavia, BMW-520., Opel Ascona i innych przez około 5-7 lat oszczędności wyniosły 50% w zależności od rodzaju paliwa w silniku Zasoby silnika wzrosły 2 razy moc silnika wzrosła o co najmniej 50% moment obrotowy odpowiednio wzrósł Ciekawym zjawiskiem jest obserwowane zużycie paliwa prawie takie samo jak w mieście i w mieście cykl podmiejski.Samochód staje się dynamiczny i bardzo zwinny, prędkość z podstawowym silnikiem Skoda Octavia o pojemności 1,6 litra zwiększa prędkość do stu km w 12 sekund, z molekularnym wzmacniaczem w 7 sekund .. maksymalna prędkość przelotowa Octavii wynosiła 195 km/h przy fabrycznych ustawieniach smyczy 120-1 30 ze wzgórza, na silnikach benzynowych zabitych dużym przebiegiem okazało się, że świece mieszanki stają się wieczne, przeszły bez wymiany na 250 tys przebiegu...

H- daje ~75% więcej J niż benzyna i ~50% więcej niż metan (mogę się mylić).
Zastanawiam się jakie ciśnienie wytwarza H w cylindrze?

HHO .prom.ua
Zbierają lizery elektryczne na sprzedaż

samochód wodorowy jest już w eksploatacji. ponad 100 tysięcy samochodów na świecie napędzanych jest wodorem.

Zastanawiam się, kto jest autorem tego arcydzieła? Najpierw pisze: „W domu, pobierając z sieci jedną kilowatogodzinę energii, możemy uzyskać 10 kWh energii cieplnej na potrzeby domowe”. Autorka w prosty i gustowny sposób proponuje zwykłą perpetum mobile. Nieco poniżej: „Proces otrzymywania wodoru przez elektrolizę wody jest niezwykle kosztowny, pod względem energochłonności jest praktycznie równy ilości energii uzyskanej ze spalania wodoru w silniku”. Podobno autor pisał to różnymi rękami, ale prawa ręka nie wie, co pisze lewa i odwrotnie….

Jurij.
Autor miał na myśli, że dla tych, którzy mają władzę i majątek, generowanie wodoru jest najkorzystniejsze, gdy syntetyzuje się go z innymi substancjami. Ale znowu są to całe łańcuchy środków technologicznych, nie mówiąc już o drogim sprzęcie. Sposobów jest wiele, ale należy wziąć pod uwagę opłacalność. Uważam, że elektroliza jest najbardziej opłacalna, ponieważ energia wiatrowa jest bardzo tania. A wszystkie inne metody wytwarzania gazu.ob-wodór mogą nie być opłacalne z powodu zużycia sprzętu i kompleksu. Technolog. Procesy ..

Żyjemy w XXI wieku, ludzkość rozwija się, buduje fabryki, prowadzi aktywny tryb życia. Jednak do pełnego rozwoju i egzystencji potrzebujemy energii! Teraz ta energia to ropa. Służy do produkcji paliwa dla wszystkich gałęzi przemysłu. Używamy go dosłownie wszędzie: od małych samochodów po wielkie fabryki.

Jednak ropa nie jest zasobem nieskończonym, co roku zmierzamy do jej całkowitego zniszczenia. Naukowcy twierdzą, że jesteśmy na etapie, kiedy musimy szukać skutecznego zamiennika benzyny, bo cena za nią jest już bardzo wysoka, a ropy z roku na rok będzie mniej, a ceny będą coraz wyższe i niedługo, kiedy ropa się kończy (a przy obecnym sposobie życia ludzkości stanie się to za 60 lat), nasz rozwój i pełnoprawna egzystencja po prostu się skończy.

Wszyscy rozumieją, że trzeba szukać paliw alternatywnych. Ale jaki jest najskuteczniejszy zamiennik? Odpowiedź jest prosta: wodór! To właśnie zastąpi znajomą benzynę.

Kto wynalazł silnik wodorowy?

Jak wiele zaawansowanych technologii, ten pomysł przyszedł do nas z zachodu. Pierwszy silnik wodorowy został opracowany i stworzony przez amerykańskiego inżyniera i naukowca Browna. Pierwszą firmą, która zastosowała ten silnik, była japońska Honda. Ale ta firma samochodowa musiała dołożyć wszelkich starań, aby ożywić „samochód przyszłości”. W tworzenie samochodu przez kilka lat zaangażowani byli najlepsi inżynierowie i umysły firmy! Wszyscy musieli wstrzymać produkcję niektórych samochodów. A co najważniejsze, odmówili udziału w Formule 1, ponieważ wszyscy pracownicy zaangażowani w tworzenie samochodów zaczęli opracowywać samochód na wodór.

Zalety wodoru jako paliwa

• Wodór jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem we wszechświecie, składa się z niego absolutnie wszystko w naszym życiu, wszystkie obiekty wokół nas mają przynajmniej małą, ale cząsteczkę wodoru. Ten fakt jest bardzo przyjemny dla ludzkości, ponieważ w przeciwieństwie do ropy, wodoru nigdy nie zabraknie i nie będziemy musieli oszczędzać na paliwie.
• Jest absolutnie przyjazny dla środowiska! W przeciwieństwie do silnika benzynowego, silnik wodorowy nie emituje szkodliwych gazów, które miałyby negatywny wpływ na środowisko. Spaliny, które emituje taka jednostka napędowa, to zwykła para.
• Stosowany w silnikach wodór jest wysoce łatwopalny, a samochód będzie się dobrze ruszał i jeździł bez względu na pogodę. Oznacza to, że zimą nie musimy już rozgrzewać samochodu przed jazdą.
• Na wodorze nawet małe silniki będą bardzo mocne i aby stworzyć najszybszy samochód, nie trzeba już budować jednostki wielkości zbiornika.

Oczywiście paliwo to ma też wady:

• Faktem jest, że pomimo tego, że jest to materiał nieograniczony i jest dostępny wszędzie, bardzo trudno go zdobyć. Chociaż nie jest to problem dla ludzkości. Nauczyliśmy się wydobywać ropę na środku oceanu po przewierceniu jego dna i nauczymy się pobierać wodór z ziemi.
• Drugą wadą jest niezadowolenie potentatów naftowych. Zaraz po rozpoczęciu postępowego rozwoju tej technologii większość projektów została zamknięta. Według plotek wszystko to wynika z faktu, że jeśli zastąpisz benzynę wodorem, najbogatsi ludzie na świecie pozostaną bez dochodów i nie będzie ich na to stać.

Metody produkcji wodoru jako wykorzystanie energii

Wodór nie jest czystą skamieliną jak ropa i węgiel, nie można go po prostu wykopać i wykorzystać. Aby stała się energią, trzeba ją pozyskać i zużyć trochę energii do jej przetworzenia, po czym ten najpopularniejszy pierwiastek chemiczny stanie się paliwem.

Obecnie praktykowaną metodą wytwarzania paliwa wodorowego jest tzw. „reforming parowy”. Do przekształcenia zwykłego wodoru w paliwo używa się węglowodanów, które składają się z wodoru i węgla. Podczas reakcji chemicznych w określonej temperaturze uwalniana jest ogromna ilość wodoru, który może być wykorzystany jako paliwo. Paliwo to podczas eksploatacji nie będzie emitować do atmosfery szkodliwych substancji, jednak podczas jego produkcji uwalniana jest ogromna ilość dwutlenku węgla, co ma zły wpływ na środowisko. Dlatego, chociaż ta metoda jest skuteczna, nie powinna być wykorzystywana jako podstawa do wydobycia paliw alternatywnych.

Są silniki, do których nadaje się również czysty wodór, same przetwarzają ten pierwiastek na paliwo, jednak podobnie jak w poprzedniej metodzie, jest też ogromna ilość emisji dwutlenku węgla do atmosfery.

Elektroliza to bardzo wydajny sposób wytwarzania alternatywnego paliwa w postaci wodoru. Do wody wpuszczany jest prąd elektryczny, który rozkłada się na wodór i tlen. Ta metoda jest droga i kłopotliwa, ale przyjazna dla środowiska. Jedynym odpadem z produkcji i eksploatacji paliwa jest tlen, który tylko pozytywnie wpłynie na atmosferę naszej planety.

A najbardziej obiecującym i najtańszym sposobem uzyskania paliwa wodorowego jest przetwarzanie amoniaku. Przy niezbędnej reakcji chemicznej amoniak rozkłada się na azot i wodór, z których wodór uzyskuje się trzy razy więcej niż azot. Ta metoda jest lepsza, ponieważ jest nieco tańsza i tańsza. Ponadto amoniak jest łatwiejszy i bezpieczniejszy w transporcie, a po przybyciu na miejsce dostawy należy rozpocząć reakcję chemiczną, uwolnić azot i paliwo jest gotowe.

Sztuczny hałas

Silniki napędzane wodorem są praktycznie bezgłośne, dlatego samochody będące w użyciu lub wchodzące do eksploatacji wyposażone są w tzw. „sztuczny hałas samochodowy”, aby zapobiec wypadkom na drogach.

Cóż, przyjaciele, jesteśmy u progu wielkiego przejścia od benzyny, która niszczy cały nasz ekosystem, na wodór, który wręcz przeciwnie, przywraca go!

Popularność pojazdów elektrycznych zepchnęła ostatnio samochody na ogniwa paliwowe na dalszy plan. Niemniej jednak wodór przygotowuje się do walki z elektrycznością, a dziś przyjrzymy się perspektywom tego pierwiastka w przyszłości energetycznej planety. Wodór to najprostszy i najobficiej występujący pierwiastek chemiczny we wszechświecie, stanowiący 74% całej znanej nam materii. To wodór jest wykorzystywany przez gwiazdy, w tym Słońce, do uwalniania ogromnej ilości energii w wyniku reakcji termojądrowych.

Pomimo swojej prostoty i rozpowszechnienia, wodór nie występuje na Ziemi w postaci wolnej. Ze względu na swoją niewielką wagę albo unosi się do górnej atmosfery, albo wchodzi w wiązanie z innymi pierwiastkami chemicznymi, na przykład z tlenem, tworząc wodę.

Zainteresowanie wodorem jako alternatywnym źródłem energii w ostatnich dziesięcioleciach wynikało z dwóch czynników. Po pierwsze, zanieczyszczenie środowiska paliwami kopalnymi, które są głównym źródłem energii na tym etapie rozwoju cywilizacji. Po drugie, przez fakt, że rezerwy paliw kopalnych są ograniczone i według ekspertów wyczerpią się za około sześćdziesiąt lat.

Wodór, podobnie jak niektóre inne alternatywy, jest rozwiązaniem powyższych problemów. Stosowanie wodoru skutkuje zerowym zanieczyszczeniem, ponieważ energia wytwarzana przez produkty uboczne to tylko ciepło i woda, które można ponownie wykorzystać do innych celów. Zasoby wodoru są również bardzo trudne do wyczerpania, biorąc pod uwagę, że stanowi on 74% materii we Wszechświecie, a na Ziemi jest częścią wody, która pokrywa dwie trzecie powierzchni planety.

Produkcja wodoru

W przeciwieństwie do kopalnych źródeł energii (ropa, węgiel, gazy naturalne) wodór nie jest gotowym do użycia źródłem energii, ale uważany jest za jego nośnik. Oznacza to, że nie można wziąć wodoru w czystej postaci jako węgla i wykorzystać go do produkcji energii, trzeba najpierw wydać trochę energii, aby uzyskać czysty wodór nadający się do wykorzystania w ogniwach paliwowych.

Dlatego wodoru nie można porównywać z kopalnymi źródłami energii, a bardziej poprawną analogią z akumulatorami, które muszą być wstępnie naładowane. To prawda, że ​​akumulatory przestają działać po rozładowaniu, a ogniwa wodorowe mogą wytwarzać energię, o ile są zasilane paliwem (wodór).

Najpopularniejszą i najtańszą metodą produkcji wodoru jest reforming parowy, w którym wykorzystuje się węglowodory (substancje składające się wyłącznie z węgla i wodoru). Podczas reakcji wody i metanu (CH4) w wysokich temperaturach uwalniana jest duża ilość wodoru. Wadą tej metody jest to, że produktem ubocznym reakcji jest dwutlenek węgla, który przedostaje się do atmosfery w taki sam sposób jak przy spalaniu paliw kopalnych, co w związku z tym nie zmniejsza emisji gazów cieplarnianych pomimo zastosowania alternatywnego źródła energii.

Alternatywnie możliwe jest również bezpośrednie zastosowanie niektórych gazów naturalnych bezpośrednio w wodorowych ogniwach paliwowych. Pozwala to nie marnować energii na pozyskiwanie wodoru z gazu. Koszt takich ogniw paliwowych będzie niższy, jednak przy pracy na gazie ziemnym do atmosfery dostaną się również gazy cieplarniane i inne toksyczne pierwiastki, co nie powoduje, że takie gazy w pełni zastępują wodór.

Wodór można również uzyskać podczas elektrolizy. Gdy prąd elektryczny przepływa przez wodę, zostaje on rozdzielony na składowe pierwiastki chemiczne, w wyniku czego otrzymuje się wodór i tlen.

Oprócz zwykłych metod, obecnie dokładnie badane są alternatywne sposoby wytwarzania wodoru. Na przykład w obecności światła słonecznego wodór może być również produktem odpadowym niektórych glonów i bakterii. Niektóre z tych bakterii mogą wytwarzać wodór bezpośrednio ze zwykłych odpadów domowych. Pomimo stosunkowo niskiej wydajności tej metody, możliwość recyklingu odpadów sprawia, że ​​jest ona dość obiecująca, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że wydajność procesu stale rośnie w wyniku powstawania nowych rodzajów bakterii.

Niedawno na horyzoncie pojawiła się kolejna obiecująca metoda produkcji wodoru przy użyciu amoniaku (NH3). Po rozbiciu tej substancji chemicznej na składniki otrzymuje się jedną część azotu i trzy części wodoru. Najlepszymi katalizatorami takich reakcji są drogie metale rzadkie. Nowa metoda zamiast jednego rzadkiego katalizatora wykorzystuje dwie dostępne i niedrogie substancje, sodę i amidy. Jednocześnie wydajność procesu jest porównywalna z najskuteczniejszymi drogimi katalizatorami.

Oprócz niskich kosztów metoda ta wyróżnia się tym, że amoniak jest łatwiejszy do przechowywania i transportu niż wodór. A we właściwym czasie wodór można uzyskać z amoniaku, po prostu rozpoczynając reakcję chemiczną. Według niepotwierdzonych prognoz, zastosowanie amoniaku umożliwi stworzenie reaktora o pojemności nie większej niż 2-litrowa butelka, wystarczająca do wytworzenia wodoru z amoniaku w ilości wystarczającej do wykorzystania przez normalny samochód.

Amoniak jest obecnie transportowany w ogromnych ilościach i jest szeroko stosowany jako nawóz. To właśnie ta substancja chemiczna umożliwia uprawę prawie połowy żywności na Ziemi i być może w przyszłości stanie się jednym z najważniejszych źródeł energii dla ludzkości.

Aplikacje

Wodorowe ogniwa paliwowe mogą być wykorzystywane w prawie każdej formie transportu, w stacjonarnych źródłach energii dla domów, a także w małych przenośnych, czasem kieszonkowych urządzeniach do wytwarzania energii elektrycznej do wykorzystania przez inne urządzenia mobilne.

W latach 70. ubiegłego wieku NASA zaczęła wykorzystywać wodór do wystrzeliwania rakiet i promów kosmicznych na orbitę Ziemi. Wodór jest również wykorzystywany później do wytwarzania energii elektrycznej w promach, a woda i ciepło są produktami ubocznymi reakcji.

W chwili obecnej największe wysiłki skierowane są na promocję wodoru jako paliwa w motoryzacji.

Porównanie samochodów wodorowych i elektrycznych

Na powszechnym poziomie wodór jest nadal uważany za niebezpieczny pierwiastek chemiczny. Ta reputacja została ugruntowana po katastrofie sterowca Hindenburg w 1937 roku. Niemniej jednak amerykańska Agencja Informacji Energetycznej (EIA) twierdzi, że jeśli chodzi o wykorzystanie wodoru do niechcianych wybuchów, pierwiastek ten jest co najmniej tak samo bezpieczny jak benzyna.

W tej chwili jest oczywiste, że jeśli nie nastąpi kolejna rewolucja technologiczna, to samochody niedalekiej przyszłości będą w przeważającej mierze albo elektryczne, albo wodorowe, albo hybrydowe formy tych dwóch technologii i samochody benzynowe.

Każda z opcji rozwoju przemysłu samochodowego ma swoje zalety i wady. Stacje tankowania paliwa wodorowego są znacznie łatwiejsze do wykonania na bazie obecnych stacji benzynowych, czego nie można powiedzieć o infrastrukturze do elektrycznego „ładowania” pojazdów.

W pewnym sensie podział na samochody wodorowe i elektryczne jest sztuczny, ponieważ w obu przypadkach samochód wykorzystuje energię elektryczną do poruszania się. Tylko w samochodach elektrycznych jest on przechowywany w bardziej nam znanej postaci bezpośrednio w akumulatorach, a w ogniwach paliwowych w dowolnym momencie można dodać substancję, która w wyniku reakcji zamieni energię chemiczną na energię elektryczną.

Tankowanie wodorem jest w czasie porównywalne z tankowaniem benzyną i zajmuje kilka minut, ale pełne naładowanie akumulatorów elektrycznych w chwili obecnej trwa w najlepszym razie 20-40 minut. Z drugiej strony pojazdy elektryczne mają tę zaletę, że można je podłączyć do gniazdka bezpośrednio w domu, a jeśli robisz to w nocy, możesz zaoszczędzić na taryfach elektrycznych.

Przyjazność dla środowiska

Ponieważ ani energia elektryczna, ani wodór nie są naturalnym źródłem energii, w przeciwieństwie do paliw kopalnych, do ich uzyskania konieczne jest wydatkowanie energii. Źródło tej energii staje się decydującym czynnikiem zrównoważonego rozwoju zarówno pojazdów wodorowych, jak i elektrycznych.

Produkcja wodoru wymaga ciepła lub prądu elektrycznego, które w gorących i słonecznych rejonach planety można pozyskać poprzez gromadzenie energii słonecznej. W zimnych krajach, takich jak Skandynawia, nacisk kładzie się teraz na bardziej odpowiednie źródło zielonej energii dla tego klimatu, na farmy wiatrowe, które równie dobrze mogą uczestniczyć w produkcji wodoru za pomocą elektrolizy. Warto zauważyć, że wodór w tym przypadku może być również wykorzystany do magazynowania niewykorzystanej energii, np. gdy jest ona generowana w nocy.

Biorąc pod uwagę obowiązkowy etap produkcji wodoru i energii elektrycznej, zerowy poziom emisji takich samochodów zależy od sposobu pozyskania energii pierwotnej. Dlatego istnieje równowaga między obydwoma typami pojazdów i żadnego z nich nie można uznać za bardziej ekologiczny środek transportu.

Remis można stwierdzić porównując hałas tych rodzajów transportu. W przeciwieństwie do tradycyjnych silników, nowe silniki są znacznie cichsze.

W związku z tym można przywołać dobrze znaną ustawę o czerwonej fladze regulującą wygląd pierwszych samochodów w XIX wieku. Według najsurowszych form tego prawa pojazd bez koni nie mógł poruszać się po mieście z prędkością przekraczającą 3,2 km/h. W tym samym czasie, przewidując ruch samochodu na kilka minut przed jego pojawieniem się, drogą musiał iść człowiek z czerwoną flagą, ostrzegając o pojawieniu się transportu.

Ustawa o czerwonej fladze została uchwalona ze względu na to, że nowe pojazdy poruszały się stosunkowo cicho w porównaniu do powozów i mogły powodować wypadki i obrażenia, przynajmniej w opinii ówczesnych sędziów. Problem wprawdzie był przesadzony, ale nadal po półtora wieku możemy być świadkami nowych podobnych praw w związku z bezgłośnością nowych typów silników. Samochody elektryczne i na ogniwa paliwowe są niewiele głośniejsze od pierwszych pojazdów, ale ich prędkość na obszarach miejskich jest obecnie wyraźnie wyższa niż 3 km, co czyni je potencjalnie niebezpiecznymi dla pieszych. W tej samej Formule 1 myślą teraz o wzmocnieniu dźwięku silników za pomocą sztucznego głosu. Ale jeśli w wyścigach samochodowych robi się to w celu zwiększenia rozrywki, to w nowych samochodach pojawienie się sztucznego źródła hałasu może stać się wymogiem bezpieczeństwa.

Temperatury poniżej zera

Pojazdy na ogniwa paliwowe, podobnie jak zwykłe pojazdy benzynowe, mają pewne problemy na mrozie. Same baterie mogą zawierać niewielką ilość wody, która zamarza w ujemnych temperaturach i sprawia, że ​​baterie nie nadają się do użytku. Po rozgrzaniu baterie będą działać normalnie, ale początkowo bez zewnętrznego ogrzewania albo się nie uruchamiają, albo pracują przez pewien czas ze zmniejszoną mocą.

Zakres ruchu

Dystans podróży nowoczesnych samochodów wodorowych wynosi około 500 km, czyli znacznie więcej niż w typowych samochodach elektrycznych, które często mogą przejechać tylko 150-200 km. Sytuacja zmieniła się po pojawieniu się Tesli Model S, ale nawet ten samochód elektryczny jest w stanie poruszać się bez ładowania na dystansie nie większym niż 430 km.

Liczby te są dość nieoczekiwane, biorąc pod uwagę sprawność poszczególnych typów silników. W przypadku konwencjonalnych benzynowych silników spalinowych wydajność wynosi około 15%. Sprawność samochodu na ogniwach paliwowych wynosi 50%. Sprawność pojazdów elektrycznych wynosi 80%. W tej chwili General Electrics pracuje nad ogniwami paliwowymi o sprawności 65% i twierdzi, że ich sprawność można zwiększyć nawet do 95%, co pozwoli na zmagazynowanie do 10 MW energii elektrycznej (po konwersji) w jednym ogniwie.

Waga akumulatora i paliwa

Jednak słabym punktem samochodów elektrycznych są same akumulatory. Na przykład w Tesli Model S waży 550 kg, a całkowita waga samochodu to 2100 kg, czyli o kilkaset kilogramów więcej niż waga podobnego pojazdu wodorowego. Co więcej, waga tego akumulatora nie zmniejsza się w miarę pokonywania dystansu, a wypalone paliwo w samochodach benzynowych i wodorowych stopniowo sprawia, że ​​samochód staje się lżejszy.

Ogniwa wodorowe korzystają również z magazynowania energii na jednostkę masy. Pod względem gęstości energii na jednostkę objętości wodór nie jest tak dobry. W normalnych warunkach gaz ten zawiera tylko jedną trzecią energii metanu w tej samej objętości. Naturalnie wodór jest magazynowany podczas transportu i wewnątrz ogniw paliwowych w postaci płynnej lub sprężonej. Ale nawet w tym przypadku ilość energii (w megadżulach) w jednym litrze jest mniejsza niż w benzynie.

Siła wodoru wyraża się w postaci energii na jednostkę masy. W tym przypadku jest już trzykrotnie wyższa niż benzyna (143 MJ/kg wobec 47 MJ/kg). W tym wskaźniku i akumulatorach elektrycznych wygrywa wodór. Przy tej samej wadze wodór ma dwa razy więcej energii niż akumulator elektryczny.

Przechowywanie i transport

Przy przechowywaniu wodoru pojawiają się pewne trudności. Najskuteczniejszą formą transportu i przechowywania tego pierwiastka chemicznego jest stan ciekły. Przejście gazu w postać płynną można jednak osiągnąć dopiero w temperaturze -253 stopni Celsjusza, co wymaga specjalnych pojemników, sprzętu i znacznych kosztów finansowych.

2015 rok

Toyota, Hyundai, Honda i inni producenci samochodów przez lata zainwestowali znaczne środki w badania nad wodorowymi ogniwami paliwowymi i zamierzają wprowadzić pierwsze samochody w 2015 roku, których wartość i wydajność będą uważane za alternatywę dla innych środków transportu. Samochód na ogniwa paliwowe w 2015 roku powinien być średniej wielkości 4-drzwiowym sedanem z możliwością przejechania co najmniej 500 km bez tankowania, co potrwa nie dłużej niż pięć minut. Koszt takiego samochodu powinien mieścić się w przedziale od 50 tysięcy do 100 tysięcy dolarów.W ten sposób koszt samochodów wodorowych spadł o rząd wielkości w ciągu jednej dekady.

Jak wynika z listy producentów samochodów, Japonia stanie się jednym z ośrodków rozwoju samochodów wodorowych. Co ciekawe, jednym z głównych rynków zbytu dla tych samochodów będzie terytorium oddzielone od Japonii znacznie większymi odległościami niż pobliski rynek azjatycki.

Kalifornia od dawna ma reputację jednego z najbardziej postępowych miejsc na Ziemi. To tutaj prawodawstwo często daje zielone światło dla najnowszych technologii i wynalazków. Promocja pojazdów napędzanych paliwami alternatywnymi nie była wyjątkiem.

Zgodnie z uchwaloną ustawą o pojazdach bezemisyjnych (ZEV - zero-emission vehicle) do 2025 roku 15% wszystkich sprzedawanych pojazdów nie powinno powodować szkodliwych emisji do atmosfery. Wraz z dziesięcioma innymi stanami, które uchwaliły podobne przepisy, do 2025 r. na amerykańskich drogach powinno być około 3,3 miliona ZEV.

Podczas gdy przygotowania do wprowadzenia na rynek nowych pojazdów idą pełną parą, producenci będą musieli stawić czoła poważnym wyzwaniom infrastrukturalnym na wczesnych etapach. Toyota przeznaczyła 200 milionów dolarów na budowę stacji paliw wodorowych w Kalifornii, ale środki te wystarczą na wybudowanie w przyszłym roku tylko dwudziestu stacji benzynowych. Nawet bez uwzględnienia wysokich kosztów budowy liczba stacji benzynowych będzie rosła w dość skromnym tempie. W 2016 r. ich liczba wyniesie 40 sztuk, a w 2024 r. - 100 sztuk.

Tak wymierzony czas budowy można łatwo wytłumaczyć faktem, że przeprowadzenie nawet małej rewolucji technologicznej w ciągu jednego roku jest prawie niemożliwe. Rok 2015 jest w kalendarzu wyznaczony jako rok początku rozwoju motoryzacji wodorowej, jednak samochody na ogniwa paliwowe najprawdopodobniej będą w stanie konkurować z konkurencją dopiero wraz z pojawieniem się drugiej generacji tańszych i bardziej niezawodnych modeli , które spodziewane są do 2020 roku i pojawią się na drogach z mniej niż rozwiniętą siecią stacji paliw.

Pomimo obfitości japońskich nazwisk wśród producentów samochodów wodorowych, są oni zainteresowani tego typu transportem na innych kontynentach. Znani producenci mają plany wodorowe: General Electrics, Diamler, General Motors, Mercedes-Benz, Nissan, Volkswagen.

Wyniki

Jak to często bywa, świat nie jest podzielony na czarno-białe, a wodór nie stanie się w przyszłości jedynym źródłem energii. Ten element, wraz z innymi alternatywnymi źródłami energii, stanie się częścią rozwiązania problemu zanieczyszczenia środowiska i zaniku zasobów naturalnych. Perspektywa tego typu samochodów napędzanych paliwem i wodorem zacznie się rozjaśniać w 2015 roku wraz z pojawieniem się na drogach pierwszych samochodów produkowanych seryjnie. O tym, jak bardzo będą w stanie konkurować z samochodami elektrycznymi, dowiemy się najprawdopodobniej w 2020 r. wraz z rozwojem technologii i pojawieniem się drugiej generacji samochodów na paliwo.