Obținerea hidrogenului ca combustibil al viitorului. Combustibil cu hidrogen De ce hidrogenul este numit combustibilul viitorului

În prezent, multe probleme tehnice legate de introducerea energiei cu hidrogen au fost rezolvate. Toate marile companii de automobile au modele conceptuale de automobile cu hidrogen. Există stații de alimentare pentru aceste mașini. Cu toate acestea, costul hidrogenului este încă mult mai mare decât cel al benzinei sau gazului natural. Pentru ca o nouă industrie să devină viabilă din punct de vedere comercial, este necesar să se atingă un nou nivel de producție de hidrogen și să se reducă prețul acestuia.

Acum sunt cunoscute aproximativ o duzină de metode de producere a hidrogenului din diverse materii prime. Cea mai faimoasă este hidroliza apei, descompunerea ei la trecerea unui curent electric, dar necesită multă energie. Principala direcție de reducere a consumului de energie în electroliza apei este căutarea de noi materiale pentru electrozi și electroliți.

Se dezvoltă metode pentru producerea hidrogenului din apă folosind agenți anorganici reducători - metale electronegative și aliajele acestora cu adăugarea de metale activatoare. Astfel de aliaje se numesc substanțe de stocare a energiei (EAS). Acestea vă permit să obțineți orice cantitate de hidrogen din apă. O altă modalitate de a elibera hidrogenul din apă poate fi descompunerea fotoelectrochimică a acestuia sub influența soarelui.

Metodele comune includ procesarea în fază de vapori a metanului (gazului natural) și descompunerea termică a cărbunelui și a altor biomateriale. Ciclurile termochimice de producere a hidrogenului, metodele în fază de vapori pentru conversia acestuia din cărbune și cărbune brun și turbă, precum și metoda de gazificare subterană a cărbunelui pentru a produce hidrogen sunt promițătoare.

Un subiect separat este dezvoltarea catalizatorilor pentru producerea hidrogenului din materii prime organice - un produs al procesării biomasei. Dar, în același timp, împreună cu hidrogenul, se formează cantități semnificative de monoxid de carbon (CO), care trebuie eliminate.

O altă metodă promițătoare este procesul de procesare catalitică a etanolului cu abur. De asemenea, puteți obține hidrogen din cărbune (atât cărbune, cât și brun) și chiar din turbă. Sulfura de hidrogen atrage tot mai multă atenție. Acest lucru se datorează consumului redus de energie pentru separarea electrolitică a hidrogenului de sulfura de hidrogen și a rezervelor mari ale acestui compus în natură - în apa mărilor și oceanelor, în gazele naturale. Sulfura de hidrogen este, de asemenea, obținută ca un produs secundar al industriei de rafinare a petrolului, chimice și metalurgice.

Hidrogenul poate fi produs folosind tehnologii cu plasmă. Acestea pot fi utilizate pentru a gazifica chiar și materiile prime de carbon de cea mai mică calitate, cum ar fi deșeurile solide municipale. Ca sursă de plasmă termică, se folosesc plasmatroni - dispozitive care generează un jet de plasmă.

Depozitarea hidrogenului

Există următoarele metode pentru depozitarea hidrogenului direct într-o mașină: butelie de gaz, criogenă, hidrură metalică.

În primul caz, hidrogenul este stocat într-o formă comprimată la o presiune de aproximativ 700 atm. În același timp, masa hidrogenului este doar de aproximativ 3% din masa cilindrului, iar cilindrii foarte grei și voluminoși sunt necesari pentru a stoca orice cantitate vizibilă de gaz. Acest lucru nu este să menționăm faptul că fabricarea, încărcarea și funcționarea acestor cilindri necesită precauții speciale din cauza pericolului de explozie.

Metoda criogenică implică lichefierea hidrogenului și depozitarea acestuia în vase izolate la o temperatură de -235 de grade. Acesta este un proces destul de consumator de energie - lichefierea costă 30-40% din energia obținută atunci când se utilizează hidrogenul obținut. Dar, oricât de perfectă este izolația termică, hidrogenul din rezervor se încălzește, presiunea crește și gazul este eliberat în atmosferă prin supapa de siguranță. Doar câteva zile - și rezervoarele sunt goale!

Cele mai promițătoare sunt dispozitivele de stocare solide, așa-numitele hidruri metalice. Acești compuși sunt capabili să absoarbă, ca un burete, hidrogen în anumite condiții și să dea în altele, de exemplu, atunci când sunt încălziți. Pentru ca acest lucru să fie benefic din punct de vedere economic, o astfel de hidrură metalică trebuie să „absoarbă” cel puțin 6% hidrogen. Întreaga lume caută acum materiale similare. De îndată ce materialul este găsit, tehnologii îl vor ridica și procesul de „hidrogenare” va continua.

Hidrogenul (H2) este un combustibil alternativ care se obține din hidrocarburi, biomasă și gunoi. Hidrogenul este plasat în pilele de combustibil (cum ar fi un rezervor de combustibil pentru combustibil) și mașina este propulsată folosind energia hidrogenului.

În timp ce hidrogenul este văzut până acum doar ca un combustibil alternativ pentru viitor, guvernul și industria lucrează pentru producerea curată, economică și sigură de hidrogen pentru vehiculele electrice cu pile de combustibil (FCEV). FCEV-urile intră deja pe piață în regiunile în care există puține infrastructuri pentru alimentarea cu hidrogen. Piața se dezvoltă și pentru vehicule speciale: autobuze, echipamente de manipulare (de exemplu, stivuitoare), echipamente de sprijin la sol, camioane mijlocii și mari.

Mașinile cu hidrogen Toyota, GM, Honda, Hyundai, Mercedes-Benz apar treptat în rețelele de dealeri. Astfel de mașini costă în jur de 4-6 milioane de ruble (Toyota Mirai - 4 milioane de ruble, Honda FCX Clarity - 4 milioane de ruble).

Se produc ediții limitate:

• BMW Hydrogen 7 și Mazda RX-8 hidrogen sunt autoturisme cu combustibil dublu (benzină / hidrogen). Se folosește hidrogen lichid.
• Audi A7 h-tron quattro este un autoturism hibrid electro-hidrogen.
• Hyundai Tucson FCEV
• Ford E-450. Autobuz.
• Autobuze urbane MAN Lion Autobuze urbane.

Experimentare:

• Compania Ford Motor - Focus FCV;
• Honda - Honda FCX;
• Hyundai nexo
• Nissan - X-TRAIL FCV (pile de combustie UTC Power);
• Toyota - Toyota Highlander FCHV
• Volkswagen - spațiu!
• Motoare generale;
• Daimler AG - Mercedes-Benz Clasa A;
• Daimler AG - Mercedes-Benz Citaro (celule de combustibil de la Ballard Power Systems);
• Toyota - FCHV-BUS;
• Thor Industries - (pile de combustie UTC Power);
• Irisbus - (pile de combustibil UTC);

Hidrogenul este abundent în mediu. Este depozitat în apă (H2O), hidrocarburi (metan, CH4) și alte materii organice. Problema hidrogenului ca combustibil constă în eficiența extracției sale din acești compuși.

Când se extrage hidrogen, emisiile dăunătoare mediului sunt eliberate în atmosferă, în funcție de sursă. În același timp, o mașină care funcționează cu hidrogen emite numai vapori de apă și aer cald ca gaze de eșapament, are zero emisii.

HIDROGENUL CA COMBUSTIBIL ALTERNATIV

Interesul pentru hidrogen ca combustibil alternativ pentru transport se datorează:

• capacitatea de a utiliza pilele de combustibil într-un FCEV cu emisii zero;
• potențial pentru producția internă;
• realimentare rapidă a mașinilor (3-5 minute);
• în termeni de consum și preț, celulele de combustibil sunt cu până la 80 la sută mai eficiente decât benzina obișnuită

În Europa, costul realimentării unui rezervor plin de hidrogen cu o capacitate de 4,7 kilograme va costa 3.369 de ruble (717 ruble pe kilogram). Pe un rezervor plin, Toyota Mirai conduce în medie 600 de kilometri, în total 561 de ruble la 100 de kilometri. Pentru comparație, prețul benzinei 95 este de 101 ruble, adică 10 litri de benzină vor costa 1.010 ruble sau 6.060 ruble pentru 600 de kilometri. Prețuri pentru 2018.

Datele de la stațiile de alimentare cu hidrogen cu amănuntul, compilate și analizate de Laboratorul Național de Energie Regenerabilă, arată că timpul mediu pentru umplerea unui FCEV este mai mic de 4 minute.

O celulă de combustibil conectată la un motor electric este de două până la trei ori mai rapidă și mai economică decât un motor cu ardere internă care funcționează pe benzină. Hidrogenul este folosit și ca combustibil pentru motoarele cu ardere internă (BMW Hydrogen 7 și Mazda RX-8 hidrogen). Cu toate acestea, spre deosebire de FCEV, astfel de motoare produc gaze de eșapament dăunătoare, care nu sunt la fel de puternice ca cele cu hidrogen și sunt mai predispuse la uzură.

Un kilogram de hidrogen gazos are aceeași energie ca benzina de 1 galon (6,2 lb, 2,8 kilograme). Deoarece hidrogenul are o densitate de energie volumetrică mică, acesta este stocat la bordul unui vehicul sub formă de gaz comprimat. În mașini, hidrogenul este stocat în rezervoare sub presiune (celule de combustibil) capabile să stocheze 5.000 sau 10.000 psi de hidrogen. De exemplu, FCEV-urile produse de producătorii de automobile și disponibile la showroom-uri au o capacitate de 10.000 psi. Distribuitoarele cu amănuntul, care se află în cea mai mare parte la benzinării, umple aceste rezervoare în 5 minute. Se dezvoltă alte tehnologii de stocare, inclusiv combinația chimică a hidrogenului cu hidrură metalică sau a materialelor de absorbție la temperatură scăzută.

Aproape nu există stații de alimentare pentru mașinile cu hidrogen, urmați dinamica - în 2006 existau 140 de stații de alimentare în lume, iar până în 2008 erau 175. Simțiți că 35 de stații au fost construite în 2 ani, dintre care 45% sunt situate în SUA și Canada. Până în 2018, numărul de stații este de aproximativ 300. Există, de asemenea, stații mobile și stații de acasă, al căror număr exact nu este cunoscut.

CUM FUNCȚIONEAZĂ CELULA DE COMBUSTIBIL

Prin pomparea oxigenului și hidrogenului prin catodii și anodii care sunt în contact cu catalizatorul de platină, are loc o reacție chimică, rezultând apă și curent electric. Un set de mai multe celule (celule) este necesar pentru a crește sarcina de 0,7 volți într-o celulă, ceea ce duce la o creștere a tensiunii.

Vedeți mai jos o diagramă a modului în care se obține o celulă de combustibil.

UNDE SĂ ALIMENTAȚI MAȘINILE CU HIDROGEN

Revoluția celulelor de combustibil cu hidrogen nu va începe fără un număr suficient de stații de alimentare cu hidrogen pentru consumator, prin urmare, lipsa infrastructurii pentru stațiile de alimentare cu hidrogen continuă să împiedice dezvoltarea hidrogenului. Americanii au văzut de multă vreme vehicule cu pile de combustibil precum Honda FCX Clarity pe străzile lor, transportând oameni la și de la serviciu în fiecare zi. De ce nu există încă stații de alimentare?

Am dori să menționăm că articolul discută piața americană, deoarece în Rusia, nu există încă nimic de spus despre combustibilul cu hidrogen pentru mașini, pur și simplu nu este aici. Iar motivul nu se află în lobby-ul magnatului petrolier, ci doar că economia din Rusia nu este aceeași ca AVTOVAZ să înceapă cercetări în acest domeniu. Japonia și America, spre deosebire de Rusia, explorează de mult această sursă de combustibil alternativ și au mers cu mult înainte (prima mașină cu hidrogen din Statele Unite a apărut în 1959)

Americanul obișnuit, în funcție de locul în care locuiește, poate fi nevoit să aștepte un pic pentru apariția stațiilor de alimentare cu hidrogen. Până acum cinci ani, opinia publică era de acord că autostrăzile cu hidrogen vor conduce viitorul. În Statele Unite, era planificată construirea de stații de-a lungul coastei californiene, de la Maine la Miami.

TENDINȚA ÎNființării stațiilor de alimentare cu hidrogen

America de Nord, Canada

Cinci stații au fost construite în Columbia Britanică (provincia de vest a Canadei) din 2005. Nu vor fi construite mai multe stații în Canada, proiectul a fost finalizat în martie 2011.

Statele Unite

Arizona: Prototip de stație de alimentare cu hidrogen construit conform ghidurilor de siguranță a mediului din Phoenix pentru a dovedi posibilitatea construirii unor astfel de stații de alimentare în zonele urbane.

California: În 2013, guvernatorul Brown a semnat o lege pentru a finanța 20 de milioane de dolari pe an pe parcursul a 10 ani pentru 100 de stații. California Energy Commission a alocat 46,6 milioane de dolari pentru 28 de stații care urmează să fie finalizate în 2016, ceea ce va aduce în cele din urmă marca de 100 de stații din rețeaua de alimentare din California. În august 2018, 35 de stații sunt deschise în California, cu 29 de așteptări până în 2020.

Hawaii a deschis prima stație de hidrogen la Hikama în 2009. În 2012, Aloha Motor Company a deschis o stație de hidrogen în Honolulu.

Massachusetts: Compania franceză Air Liquide a finalizat construcția unei noi stații de alimentare cu hidrogen în Mansfield în octombrie 2018. Singura stație de alimentare cu hidrogen din Massachusetts situată în Billerica (40.243 de rezidenți), la sediul central al Nuvera Fuel Cells, un producător de pile de combustie cu hidrogen.

Michigan: În 2000, Ford și Air Products au deschis prima fabrică de hidrogen din America de Nord în Dearborn, Michigan.

Ohio: În 2007, s-a deschis o stație de alimentare cu hidrogen în campusul Universității de Stat din Ohio, la Centrul pentru Cercetări Automobile. Singurul din tot Ohio.

Vermont: stație de hidrogen construită în 2004 în Burlington. Proiectul a fost finanțat parțial prin Programul de apă cu hidrogen al Departamentului Energiei din Statele Unite.

Asia

Japonia: Între 2002 și 2010, JHFC a comandat mai multe stații de alimentare cu hidrogen în Japonia pentru a testa tehnologiile de producere a hidrogenului. La sfârșitul anului 2012, au fost instalate 17 stații de hidrogen, în 2015, 19. Guvernul se așteaptă să creeze până la 100 de stații de hidrogen. Bugetul a alocat 460 de milioane de dolari SUA pentru aceasta, care acoperă 50% din costurile investitorilor. JX Energy a instalat 40 de stații până în 2015 și alte 60 între 2016-2018. Toho Gas și Iwatani Corp au instalat 20 de stații în 2015. Toyota și Air Liquide au format o societate mixtă pentru a construi 2 centrale pe hidrogen, pe care le-au construit în 2015. Osaka Gas a construit 2 stații în 2014-2015.

Coreea de Sud: În 2014, Coreea de Sud a comandat o stație de hidrogen cu încă 10 stații planificate pentru 2020.

Europa

Începând din 2016, există mai mult de 25 de stații în Europa capabile să umple 4-5 vehicule pe zi.

Danemarca: În 2015, în rețeaua de hidrogen erau 6 stații publice. H2 Logic, parte a NEL ASA, construiește o fabrică în Herning pentru a produce 300 de stații pe an, fiecare dintre acestea putând produce 200 kg de hidrogen pe zi și 100 kg în 3 ore.

Finlanda: În 2016 există 2 + 1 (Voikoski, Vuosaari) stații publice în Finlanda, una dintre ele fiind mobilă. Stația umple mașina cu 5 kilograme de hidrogen în trei minute. Fabrica de producere a hidrogenului funcționează în Kokkola, Finlanda.

Germania: În septembrie 2013, există 15 stații de hidrogen disponibile public. Majoritatea acestor centrale, dar nu toate, sunt operate de parteneri ai parteneriatului pentru energie curată (CEP). La inițiativa H2 Mobility, numărul stațiilor din Germania va crește la 400 de stații în 2023. Prețul proiectului este de 350 de milioane de euro.

Islanda: Prima centrală comercială de hidrogen a fost deschisă în 2003 ca ​​parte a inițiativei țării de a merge spre o economie a hidrogenului.

Italia: Prima stație comercială de hidrogen a fost deschisă în Bolzano din 2015.

Olanda: Olanda a deschis prima stație de benzină publică pe 3 septembrie 2014 în Rowe, lângă Rotterdam. Fabrica folosește hidrogen dintr-o conductă de la Rotterdam la Belgia.

Norvegia: În februarie 2007, a fost deschisă prima stație de alimentare cu hidrogen a Norvegiei, Hynor. Uno-X, în parteneriat cu NEL ASA, intenționează să construiască până la 20 de stații până în 2020, inclusiv o centrală care să producă hidrogen la fața locului din surplusul de energie solară.

Regatul Unit

În 2011, s-a deschis primul post public din Swindon. În 2014, HyTec a deschis stația London Hatton Cross. La 11 martie 2015, un proiect de extindere a rețelei de hidrogen în Londra a deschis primul supermarket situat la o stație de alimentare cu hidrogen din Hendon, în Sensbury.

California este în fruntea finanțării și construirii stațiilor de alimentare cu hidrogen pentru FCEV. California avea 35 de stații de hidrogen cu amănuntul deschise începând cu mijlocul anului 2018, cu încă 22 în diferite etape de construcție sau planificare. California continuă să finanțeze construcția infrastructurii, iar Comisia pentru energie are autoritatea de a aloca până la 20 de milioane de dolari pe an până în 2024, până când 100 de stații sunt operaționale. Există planuri de a construi 12 stații de vânzare cu amănuntul pentru statele de nord-est. Primul se va deschide până la sfârșitul anului 2018. Stațiile necomerciale din California și stațiile construite în restul Statelor Unite servesc pasageri FCEV, autobuze și sunt, de asemenea, utilizate în scopuri de cercetare și demonstrație.

Costuri de întreținere a stației de hidrogen

Nu este atât de ușor pentru stațiile de hidrogen să înlocuiască o rețea extinsă de stații de alimentare (în 2004, 168.000 de puncte în Europa și SUA). Înlocuirea benzinăriilor cu cele cu hidrogen costă un trilion și jumătate de dolari SUA. În același timp, costul amenajării unei rețele de hidrogen combustibil în Europa poate fi de cinci ori mai mic decât prețul unei rețele de umplere pentru vehicule electrice. Prețul unei stații EV este de la 200.000 la 1.500.000 ruble. Prețul stației de hidrogen este de 3 milioane de dolari. În același timp, rețeaua de hidrogen va fi în continuare mai ieftină decât rețeaua de stații pentru vehicule electrice în ceea ce privește recuperarea. Motivul este realimentarea rapidă a autoturismelor cu hidrogen (3 până la 5 minute). Sunt necesare mai puține stații de hidrogen pe milion de vehicule cu pilă de combustibil cu hidrogen decât stații de încărcare pe milion de vehicule electrice cu baterie.

În viitor, problema alimentării cu hidrogen va fi rezolvată pentru o persoană, în funcție de locul de reședință. Stațiile de alimentare vor alimenta mașinile cu hidrogen livrat de cisterne de la marii reformatori de combustibil. Aprovizionările de la astfel de întreprinderi nu vor fi în nici un fel inferioare aprovizionărilor cu benzină de la rafinării. Privind în viitor, centralele de hidrogen locale vor învăța să beneficieze de resursele locale și de sursele regenerabile de energie.

METODE PENTRU PRODUCEREA HIDROGENULUI

• reformarea cu abur a metanului și a gazelor naturale;
• electroliza apei;
• gazeificarea cărbunelui;
• piroliza;
• oxidare parțială;
• biotehnologie

Reformarea metanului cu abur

Metoda de separare a hidrogenului prin reformarea metanului cu abur este aplicabilă combustibililor fosili precum gazul natural - este încălzit și se adaugă un catalizator. Gazul natural nu este o sursă regenerabilă de energie, dar până acum există și este extras din intestinele pământului. Departamentul Energiei susține că emisiile mașinilor cu hidrogen reformate sunt jumătate din cele ale mașinilor pe benzină. Producția de hidrogen reformat a fost deja lansată la maxim și este mai ieftin să producă hidrogen în acest mod decât hidrogenul din alte surse.

Gazificarea biomasei

Hidrogenul este, de asemenea, extras din biomasă - deșeuri agricole, deșeuri animale și canalizare. Folosind un proces numit gazificare, biomasa este plasată sub influența temperaturii, a aburului și a oxigenului pentru a forma un gaz care, după prelucrarea ulterioară, produce hidrogen pur. „Există depozite de deșeuri întregi pentru colectarea deșeurilor agricole - surse gata preparate de hidrogen, al căror potențial este subestimat și irosit”, se plânge directorul de politică al Asociației pentru Studiul Energiei Hidrogenului și a Celulelor de Combustibil, James Warner.

Electroliză

Electroliza este procesul de separare a hidrogenului de apă folosind un curent electric. Această metodă pare mai simplă decât să te amesteci cu combustibilii fosili și deșeurile animale, dar are dezavantaje. Electroliza este competitivă în zonele în care energia electrică este ieftină (în Rusia ar putea fi regiunea Irkutsk - 8 centrale electrice pe regiune, 1 rublă 6 copeici pe kilowatt-oră).

Plantele solare cu hidrogen de la Honda folosesc energia din soare și un electrolizator pentru a separa „H” de „O” în H2O. După separare, hidrogenul este stocat într-un rezervor sub o presiune de 34,47 MPa (megapascal). Folosind doar energie solară, instalația generează 5.700 de litri de hidrogen pe an (acest combustibil este suficient pentru o mașină cu un kilometraj mediu anual). Când este conectată la rețeaua electrică, stația produce până la 26 de mii de litri pe an.

„Odată ce hidrogenul are o nișă pe piața combustibililor și odată ce va exista cerere pentru acesta, va deveni clar ce modalitate de extragere a hidrogenului este profitabilă”, a declarat James Warner, director de politici pentru Asociația de Cercetare a Energiei și Pilei de Combustibil a Hidrogenului. „Unele dintre modalitățile de producere a hidrogenului vor necesita noi legi pentru reglementarea producției sale. Dacă hidrogenul este în continuă cerere, veți vedea cum vor începe să se reglementeze regulile de utilizare a deșeurilor agricole și a apei pentru electroliză.

Majoritatea hidrogenului recuperat în Statele Unite în fiecare an este utilizat pentru rafinarea petrolului, prelucrarea metalelor, producția de îngrășăminte și procesarea alimentelor.

REDUCEREA TEHNOLOGIILOR MAȘINILOR CU HIDROGEN ȘI DEZVOLTAREA LOR

Un alt obstacol pentru producătorii de automobile cu hidrogen este costul tehnologiei hidrogenului. De exemplu, un set de celule de combustibil pentru automobile s-a bazat până acum pe platină ca catalizator. Dacă ar fi trebuit să cumperi un inel de platină pentru iubita ta, știi prețul ridicat al metalului.

Oamenii de știință de la Laboratorul Național Los Alamos au demonstrat că este posibilă înlocuirea acestui metal scump cu altele mai comune - fier sau cobalt, ca catalizator. Și oamenii de știință de la Case Western Reserve University au dezvoltat un catalizator de nanotuburi de carbon care este de 650 de ori mai ieftin decât platina. Înlocuirea platinei ca catalizator în pilele de combustibil va reduce semnificativ costul tehnologiei pilelor de combustie cu hidrogen.

Cercetările pentru îmbunătățirea celulei de combustibil cu hidrogen nu se termină aici. Mercedes dezvoltă tehnologie pentru a comprima hidrogenul la o presiune de 68,95 MPa (megapascal), astfel încât să poată fi transportat mai mult combustibil la bordul vehiculului, cu avansat ca stocare suplimentară de energie. "Dacă totul merge bine, mașinile cu hidrogen vor avea o autonomie de peste 1000 km." a spus dr. Herbert Kohler, vicepreședinte al Daimler AG.

Departamentul de energie al SUA spune că costurile asamblării vehiculelor cu pile de combustibil au fost reduse cu 30% în ultimii trei ani și cu 80% în ultimul deceniu. Pilele de combustibil și-au dublat durata de viață, dar nu este suficient. Pentru a concura cu vehiculele electrice, durata de viață a pilei de combustibil trebuie dublată. Mașinile cu celule de combustibil cu hidrogen de astăzi rulează aproximativ 2.500 de ore (sau aproximativ 120.000 km), dar nu este suficient. „Pentru a concura cu alte tehnologii, trebuie să atingi cel puțin 5.000 de ore”, spune un membru al consiliului academic al programului ministerial de celule de combustibil.

Dezvoltarea tehnologiilor cu pilă de combustibil cu hidrogen va reduce costul producției de mașini prin simplificarea mecanismelor și sistemelor, dar producătorii vor beneficia doar de producția în serie. Un obstacol în calea producției în masă a mașinilor cu hidrogen este faptul că nu există o livrare cu ridicata de piese de schimb pentru mașinile cu pile de combustie cu hidrogen. Chiar și FCX Clarity, care este deja în serie, nu este livrat cu piese de schimb suplimentare la prețuri cu ridicata (pur și simplu nu au folosit căutarea de la). Producătorii de autovehicule abordează problema în felul lor, încorporând pilele de combustibil cu hidrogen în modele scumpe de spargere. Mașinile scumpe sunt produse în cantități mai mici decât mașinile bugetare, ceea ce înseamnă că nu există probleme cu furnizarea de piese de schimb pentru acestea. „Introducem„ tehnologia hidrogenului ”în mașinile de lux și monitorizăm performanța acesteia în practică. În timp ce piața îmbrățișează mașinile cu hidrogen, așa cum a adoptat tehnologia hibridă în urmă cu un deceniu, producătorii de automobile ridică modelele de hidrogen pe lanț până la mașinile bugetare ”, spune Steve Ellis, manager de vânzări pentru vehiculele cu pile de combustibil de la Honda.

CELULE DE COMBUSTIBIL CU COMBUSTIBIL DE HIDROGEN ÎN CONDIȚII DE CÂMP

Începând cu 2008, Honda a început un program de închiriere limitată pentru 200 de berline FCX Clarity, care sunt alimentate cu pile de combustie cu hidrogen. Drept urmare, doar 24 de clienți din California de Sud, SUA, au plătit o taxă lunară de 600 USD pe parcursul a trei ani. În 2011, contractul de închiriere a expirat, iar Honda a reînnoit acești clienți și a adăugat noi noi la campania de cercetare. Iată ce a învățat compania în timpul cercetării sale:

1. Șoferii FCX Clarity au putut naviga pe distanțe scurte prin și în jurul Los Angelesului fără probleme (Honda susține că FCX are o rază de acțiune de 435 km).
2. Lipsa infrastructurii necesare este un inconvenient major pentru chiriașii care locuiesc departe de stațiile de alimentare cu hidrogen din California. Majoritatea stațiilor sunt situate lângă Los Angeles, legând mașinile de zona de 240 de kilometri.
3. În medie, șoferii au parcurs 19,5 mii km pe an. Unul dintre primii chiriași tocmai a depășit 60 de mii de km.
4. Vânzătorii care închiriază vehicule FCX Clarity urmează o instruire specială cu privire la „Cum să instruiești clienții să folosească o mașină cu hidrogen”. „Vânzătorilor li se pun întrebări pe care nu le-au mai auzit până acum”, spune Steve Ellis, manager de vânzări și marketing pentru vehiculele cu pile de combustibil Honda.

PROGRAMUL HIDROGEN PRIMIREA SUPORTULUI GUVERNULUI?

Producătorii de automobile și constructorii de lanțuri de alimentare sunt de acord că nu va fi posibil să se reducă costurile pe termen scurt fără intervenția guvernului. Cu toate acestea, în Statele Unite pare puțin probabil, având în vedere toate infuziile de numerar descrise de la administrația locală a statelor și ministerelor.

Cu secretarul pentru energie Stephen Chu, administrația Obama a încercat în repetate rânduri să reducă finanțarea pentru programul cu pilă de combustibil cu hidrogen, dar până acum toate aceste reduceri au fost anulate de Congres.

Accentul pus pe tehnologia bateriilor pare miop pentru susținătorii hidrogenului. „Acestea sunt tehnologii complementare”, spune Steve Ellis, un purtător de cuvânt al Honda. De exemplu, tehnologia dezvoltată pentru FCX a fost lansată pe mașina electrică Fit. „Credem că pilele de combustibil cu hidrogen combinate cu vehiculele electrice vor depăși toate sursele alternative de energie pentru a conduce acest deceniu”.

Cei care plătesc din buzunar pentru construcția de noi stații de alimentare sunt, de asemenea, nemulțumiți. Ei spun că nu ar refuza asistența guvernamentală până când crește cererea de combustibil cu hidrogen și scade costul surselor de energie regenerabile.

Tom Sullivan crede atât de puternic în independența energetică încât a vărsat toți banii din lanțul de supermarketuri în SunHydro, o companie care construiește stații de alimentare cu hidrogen alimentate cu energie solară. Tom consideră că reducerile de impozite vizate ar putea stimula antreprenorii să investească în centrale cu hidrogen alimentate cu energie solară. „Trebuie să existe un stimulent pentru ca oamenii să investească în astfel de afaceri”, spune Tom. „Oamenii cu mintea sobră probabil nu vor investi în construirea stațiilor de alimentare cu hidrogen”.

Pentru Steve Ellis de la Honda, problema este atât practică, cât și politică. „Tehnologia combustibilului cu hidrogen ajută societatea la economisirea combustibilului și a mediului înconjurător", spune Steve. „Dacă da, societatea se va ajuta singură să treacă la un combustibil alternativ?"

Dezavantajul surselor alternative de combustibil deja utilizate în mașini, cum ar fi uleiul vegetal (mai multe despre acest lucru aici) sau gazul natural, este că acestea nu sunt regenerabile, spre deosebire de combustibilul cu hidrogen.

TOTAL

Contra combustibilului cu hidrogen:

• producția de hidrogen nu este încă perfectă și poluează mediul;
• înființarea unei rețele de stații de alimentare cu hidrogen este costisitoare (un trilion și jumătate de dolari SUA);
• proprietarii de mașini sunt legați de benzinării (ești ostatic al statului California, nu poți merge mai departe).

pro combustibil cu hidrogen:

• mașinile cu hidrogen au emisii zero, salvăm natura;
• realimentare rapidă (de la 3 la 5 minute);
• din punct de vedere economic, hidrogenul depășește mașinile pe benzină în ceea ce privește consumul de combustibil (600 km pentru 3.369 ruble pentru hidrogen față de 6.060 ruble pentru o călătorie cu benzină).

Și acum este timpul pentru un videoclip științific!

Unde puteți obține hidrogen este cunoscut de mult timp, acum câteva secole. Metoda de producere a hidrogenului a fost descrisă în detaliu suficient în publicație:
O.D. Khvolson, Curs de fizică, Berlin, 1923, vol. 3 și.

Se pare că, fără a încălca legile fizicii, puteți construi o mașină care va produce căldură datorită diferenței pozitive dintre energia arderii hidrogenului și energia cheltuită pentru obținerea acestuia în procesul de electroliză a apei.

Mai exact, 2 g de hidrogen, atunci când sunt arși, eliberează 67,54 calorii mari de căldură, iar în timpul electrolizei unei soluții de acid sulfuric, la o tensiune de 0,1 volți, se vor cheltui mai puțin de 5 calorii mari de căldură pentru a obține aceeași cantitate de hidrogen. Concluzia este că electroliza nu consumă energia separării moleculei de apă în oxigen și hidrogen. Această lucrare se desfășoară fără participarea noastră de către forțele intermoleculare în timpul disocierii apei de către ioni de acid sulfuric. Cheltuim energie doar pentru a neutraliza încărcăturile ionilor de hidrogen existenți și restul de SO- Cantitatea de hidrogen eliberată nu depinde de energie, ci doar de cantitatea de energie electrică, egală cu produsul puterii actuale și timpul de trecerea acestuia.

Când hidrogenul este ars, se eliberează exact energia care ar trebui făcută pentru a smulge molecula de hidrogen din oxigenul din aer. Și aceasta este 67,54 calorii mari. Excesul de energie rezultat poate fi utilizat în moduri diferite.

Puteți obține hidrogen direct la stațiile de alimentare și puteți realimenta mașinile cu acesta.

Într-o casă, luând un kilowatt oră de energie din rețea, putem obține 10 kWh de energie termică pentru nevoile gospodăriei. Acesta este un fel de amplificator de energie. Nu vor fi necesare conducte de gaz, rețea de încălzire și camere de încălzire. Energia va fi preparată direct în apartament din apă și, din nou, numai apa va fi deșeuri.

În centralele industriale mari, chiar și cu o eficiență de 33%, ca și în centralele nucleare de astăzi, care ard hidrogen, vom primi energie electrică de câteva ori mai mult decât s-a cheltuit pentru obținerea acestui hidrogen.

Utilizarea hidrogenului ca combustibil pentru mașini este atractivă datorită câtorva avantaje speciale:

• când hidrogenul arde în motor, se formează aproape numai apă, ceea ce face ca motorul alimentat cu hidrogen să fie cel mai ecologic;
• proprietăți energetice ridicate ale hidrogenului (1 kg de hidrogen este echivalent cu aproape 4,5 kg de benzină);
• bază nelimitată de materie primă pentru producerea de hidrogen din apă.

Hidrogenul poate fi folosit ca combustibil pentru mașini în mai multe moduri diferite:

• numai hidrogenul în sine poate fi utilizat;
• hidrogenul poate fi utilizat împreună cu combustibilii convenționali;
• hidrogenul poate fi utilizat în pilele de combustibil.

Desigur, există anumite dificultăți tehnice care trebuie soluționate. Acum aproximativ 30 de ani, academicianul A.P. Aleksandrov, a organizat un seminar despre energia hidrogenului. S-a discutat deja despre proiectele tehnice. S-a presupus că energia atomică va fi utilizată pentru a produce hidrogen și va fi deja folosită ca combustibil. Dar era evident că în curând și-au dat seama că energia nucleară nu era deloc necesară aici. Apoi toate proiectele de hidrogen au fost irosite, pentru că nu era nevoie de combustibil cu hidrogen, ci de plutoniu.

Scriitorul L. Ulitskaya, genetician prin educație, a scris în Obshchaya Gazeta în 16-22 mai 2002. „Perioada romantică din istoria științei s-a încheiat. Sunt absolut sigur că s-au dezvoltat mult timp surse ieftine de electricitate, iar aceste evoluții se află în seiful regilor petrolului. Sunt convins că astăzi știința funcționează în așa fel încât nu pot să nu o facă. Dar până nu va fi arsă ultima picătură de petrol, astfel de evoluții nu vor fi eliberate din seif, nu au nevoie de o redistribuire a banilor, a păcii, a puterii, a influenței ".

Până acum, susținătorii dezvoltării energiei nucleare ridică întrebarea coroanei: Unde este alternativa la atom? Ar trebui să se aștepte o opoziție acerbă nu numai de la susținătorii energiei nucleare, ci de la întregul complex de combustibili și energie. Ei nu vor economisi niciun efort și bani pentru a îngropa problema combustibilului cu hidrogen împreună cu entuziaștii săi.

Peste 90% din hidrogen este obținut în procesele de rafinare a petrolului și petrochimice. De asemenea, hidrogenul este generat atunci când gazul natural este transformat în gaz de sinteză. Procesul de obținere a hidrogenului prin electroliza apei este extrem de costisitor; din punct de vedere al consumului de energie, este practic egal cu cantitatea de energie obținută în timpul arderii hidrogenului într-un motor.

Astăzi, aproape tot hidrogenul generat este utilizat în diverse procese de rafinare a petrolului și petrochimice.

Cu aerul, hidrogenul se aprinde stabil într-o gamă largă de concentrații, ceea ce asigură o funcționare stabilă a motorului la toate modurile de turație.

Gazele de eșapament sunt practic lipsite de oxizi de carbon (CO și CO2) și hidrocarburi nearse (CH), dar emisia de oxizi de azot este de două ori mai mare decât cea a oxizilor de azot a unui motor pe benzină.

Datorită reactivității ridicate a hidrogenului, există posibilitatea apariției flăcării în colectorul de admisie și aprinderea prematură a amestecului. Dintre toate opțiunile pentru eliminarea acestui fenomen, cea mai optimă este injectarea de hidrogen direct în camera de ardere.

Problema utilizării hidrogenului ca combustibil al vehiculului este depozitarea acestuia într-o mașină.

Sistemul de stocare a hidrogenului comprimat reduce volumul rezervorului, dar nu și masa acestuia datorită grosimii crescute a peretelui. Depozitarea hidrogenului lichid este o provocare, având în vedere punctul său de fierbere scăzut. Hidrogenul lichid este stocat în recipiente cu pereți dubli.

Când hidrogenul este stocat sub formă de hidruri metalice, hidrogenul se află într-o stare legată chimic. Dacă hidrura de magneziu este utilizată ca hidrură metalică, raportul dintre hidrogen și metalul purtător este de aproximativ 168 kg magneziu și 13 kg hidrogen.

Temperatura ridicată de autoinflamare a amestecurilor de hidrogen-aer face dificilă utilizarea hidrogenului în motoarele diesel. Aprinderea susținută poate fi asigurată prin aprinderea forțată de la o lumânare.

Dificultățile în utilizarea hidrogenului și prețul său ridicat au dus la dezvoltarea unui combustibil combinat benzină-hidrogen. Utilizarea amestecurilor de benzină-hidrogen permite reducerea consumului de benzină cu 50% la o viteză de 90 - 120 km / h și cu 28% atunci când conduceți în oraș.

Comentarii:

Sunt pentru combustibil combinat benzină-hidrogen

Și sunt în favoarea utilizării unui reactor mobil cu hidrogen, așa cum s-a descris mai sus. Și nu este nevoie de părți și este sigur. Pentru siguranță, așa cum se știe deja, puteți utiliza un sigiliu de apă.

Nimeni nu va putea vreodată să pornească hidrogenul ca combustibil în timp ce există ulei ... cum puteți obține sau vedea desenele pentru instalația de încălzire a aragazului ......

La începutul articolului, se spune despre acid sulfuric, apoi apa este menționată întâmplător. Deci, cu ce fluid ne vom ocupa și ambiguitățile de mediu asociate?
Nu sunt chimist, te rog să nu dai cu piciorul dacă ți-a scăpat ceva.

Dacă utilizați acid sulfuric cu o anumită concentrație medie, atunci după obținerea hidrogenului din el prin electroliză, este necesar să păstrați cumva concentrația de acid. Puteți doar să adăugați apă și să urmați hidrometrul, dar apa din sistemul de alimentare cu apă este departe de a fi distilată și evaporarea oxidului de sulf-6 într-un sistem cu scurgeri va apărea probabil, la urma urmei, gaz. Pentru a arde hidrogen în oxigenul produs în paralel, pentru a asigura etanșeitatea, este necesar în porțiuni mici, dar chiar și acesta este rezistent la explozii. Ideea este bună, trebuie să încercați - electrolitul bateriei este disponibil, la fel ca rețeaua electrică.

În cel de-al doilea război mondial, hidrogenul a fost folosit pe derizabile în Leningrad, iar ulterior au fost folosite pentru alimentarea motoarelor mașinilor cu trolii

Uitați, aceasta este toată teoria, de fapt, totul este corect, doar că aici hidrogenul este de 3 ori mai puțin caloric, să zicem gazul natural, iar eficiența unui astfel de motor este de 3 ori mai mică decât, să zicem, pe gazul natural, adică va bâzâi la ralanti, dar nu va conduce. uitați de utilizarea combustibilului hidrogen autosuficient, aceasta este o utopie, dar intensificarea moleculară a combustibilului este benzină, gaz, motorină în motoarele cu ardere internă și în instalațiile cu turbină cu gaz, acest lucru este promițător justificată din punct de vedere economic, deoarece eficiența motoarelor crește de 2-3 ori, cu o reducere a consumului de combustibil cu 38-50%, să spunem că 100 km este reală. socrul funcționează, nu este realist să obțineți gaz prin electroliză și nu este realist să mergeți la nm, deoarece puterea la bordul rețelei mașinii nu este suficientă; generatorul unei mașini tipice produce un curent maxim de 7.5A, pentru funcționarea stabilă a electrolizatorului, puterea de curent necesară este de cel puțin 2 ori mai mare, ceea ce înseamnă că vom planta acamulatorul suficient de repede și, de asemenea, ardem ca regulator auto cu releu minim. Toate navigau. Dar există încă o soluție, deoarece numărul octanic de hidrogen este de 1000, respectiv, este necesar să alimentați foarte puțin motorul, adică să aduceți curentul din electrolizator la 3-4 amperi și pregătiți o benzină sau un combustibil amestec imediat înainte de injectare în camera de ardere, îmbogățindu-l cu gazul detonant rezultat. După cum a arătat practica pe mașinile subiecților Skoda Octavia, BMW-520., Opel Ascona și alții timp de aproximativ 5-7 ani, economiile s-au ridicat la 50% în funcție de tipul de combustibil al motorului, resursa motorului a crescut de 2 ori, puterea motorului a crescut cu cel puțin 50%, cuplul a crescut corespunzător. Un fenomen interesant este observat că consumul de combustibil este aproape același ca în oraș și în Mașina devine plină de spirit și foarte agilă, viteza cu motorul de bază Skoda Octavia cu un volum de 1,6 litri ridică viteza de până la o sută de km în 12 secunde, cu un intensificator molecular în 7 secunde ... viteza maximă de croazieră a lui Octavia a fost de 195 km pe oră la lesa de setări din fabrică 120-1 30 de pe un deal, pe motoarele pe benzină ucise de kilometraj mare, sa dovedit că bujiile amestecului devin eterne, au trecut fără înlocuire pentru 250 de mii de kilometri ...

H- dă ~ 75% mai mult J decât benzina și ~ 50% mai mult decât metanul (aș putea greși).
Mă întreb ce presiune creează H în cilindru?

HHO .prom.ua
Colectează electrice de vânzare

mașina cu hidrogen este deja în funcțiune. peste 100 de mii de mașini din lume funcționează cu hidrogen.

Mă întreb cine este autorul acestei capodopere? În primul rând, el scrie: „Într-o casă, luând un kilowatt oră de energie din rețea, putem obține 10 kWh de energie termică pentru nevoile gospodăriei”. Simplu și cu gust, autorul propune o mașină obișnuită de mișcare perpetuă. Puțin mai jos: „Procesul de obținere a hidrogenului prin electroliza apei este extrem de costisitor, din punct de vedere al consumului de energie este practic egal cu cantitatea de energie obținută prin arderea hidrogenului într-un motor”. Se pare că autorul a scris-o cu mâini diferite, dar mâna dreaptă nu știe ce scrie mâna stângă și invers ...

Yuri.
Autorul a însemnat că pentru cei cu putere și proprietăți, generarea de hidrogen este cea mai benefică atunci când este sintetizată cu alte substanțe. Dar, din nou, acestea sunt lanțuri întregi de măsuri tehnologice, ca să nu mai vorbim de echipamente scumpe. Există o mulțime de moduri, dar rentabilitatea trebuie luată în considerare. Cred că electroliza este cea mai rentabilă, deoarece energia eoliană este foarte ieftină. Și toate celelalte metode de producere a gazului.ob-hidrogen pot să nu fie profitabile din cauza uzurii echipamentelor și a complexului. Tehnolog. Procese ..

Trăim în secolul 21, umanitatea se dezvoltă, construiește fabrici, duce un stil de viață activ. Cu toate acestea, pentru dezvoltarea și existența deplină, avem nevoie de energie! Acum această energie este petrolul. Este folosit pentru a produce combustibil pentru toate industriile. O folosim literalmente peste tot: de la mașini mici până la fabrici uriașe.

Cu toate acestea, petrolul nu este o resursă infinită; în fiecare an ne îndreptăm spre distrugerea sa completă. Oamenii de știință spun că suntem în stadiul în care trebuie să căutăm un înlocuitor eficient pentru benzină, deoarece prețul pentru aceasta este deja foarte mare și în fiecare an va fi mai puțin petrol, iar prețurile devin mai mari și, în curând, când petrolul se epuizează (și odată cu modul de viață existent al omenirii, acest lucru se va întâmpla peste 60 de ani), dezvoltarea și existența noastră deplină se vor încheia pur și simplu.

Toată lumea înțelege că trebuie să căutăm combustibili alternativi. Dar care este cel mai eficient înlocuitor? Răspunsul este simplu: hidrogen! Iată ce va înlocui benzina familiară.

Cine a inventat motorul cu hidrogen?

La fel ca multe tehnologii înalte, această idee ne-a venit din vest. Primul motor cu hidrogen a fost dezvoltat și creat de inginerul și omul de știință american Brown. Prima companie care a folosit acest motor a fost japoneza Honda. Dar această companie auto a trebuit să depună eforturi mari pentru a aduce la viață „mașina viitorului”. În timpul creării mașinii, toți cei mai buni ingineri și minți ai companiei au fost implicați de câțiva ani! Toți au trebuit să suspende producția unor mașini. Și cel mai important, au refuzat să participe la Formula 1, deoarece toți lucrătorii implicați în crearea mașinilor au început să dezvolte o mașină pe hidrogen.

Avantajele hidrogenului ca combustibil

• Hidrogenul este cel mai răspândit element din univers, absolut totul din viața noastră constă din el, toate obiectele din jurul nostru au cel puțin o mică particulă de hidrogen. Acest fapt este foarte plăcut pentru omenire, deoarece, spre deosebire de petrol, hidrogenul nu se va epuiza niciodată și nu va trebui să economisim combustibil.
• Este absolut ecologic! Spre deosebire de un motor pe benzină, un motor cu hidrogen nu emite gaze nocive care ar afecta negativ mediul înconjurător. Eșapamentul pe care îl emite o astfel de unitate de putere este aburul obișnuit.
• Hidrogenul utilizat în motoare este extrem de inflamabil, iar mașina va porni și va conduce bine indiferent de vreme. Adică nu mai trebuie să încălzim mașina iarna înainte de a conduce.
• Pe hidrogen, chiar și motoarele mici vor fi foarte puternice și pentru a crea cea mai rapidă mașină, nu mai trebuie să construiți o unitate de dimensiunea unui rezervor.

Desigur, există și dezavantaje ale acestui combustibil:

• Faptul este că, în ciuda faptului că acesta este un material nelimitat și este disponibil peste tot, este foarte dificil să îl obțineți. Deși aceasta nu este o problemă pentru umanitate. Am învățat cum să extragem petrol în mijlocul oceanului, după ce i-am forat fundul, și vom învăța cum să luăm hidrogen din pământ.
• Al doilea dezavantaj este nemulțumirea magnatului petrolier. Imediat după începerea dezvoltării progresive a acestei tehnologii, majoritatea proiectelor au fost închise. Potrivit zvonurilor, toate acestea se datorează faptului că, dacă înlocuiți benzina cu hidrogen, atunci cei mai bogați oameni de pe planetă vor rămâne fără venituri și nu își pot permite.

Metode de producere a hidrogenului ca consum de energie

Hidrogenul nu este o fosilă pură precum petrolul și cărbunele, nu poți doar să-l dezgropi și să-l folosești. Pentru ca aceasta să devină energie, trebuie obținută și o cantitate de energie utilizată pentru a o procesa, după care acest element chimic cel mai obișnuit va deveni combustibil.

Metoda practicată în prezent de producere a hidrogenului combustibil este așa-numita „reformare a aburului”. Pentru a converti hidrogenul obișnuit în combustibil, se utilizează carbohidrați, care sunt alcătuite din hidrogen și carbon. În timpul reacțiilor chimice, la o anumită temperatură, se eliberează o cantitate imensă de hidrogen, care poate fi utilizată ca combustibil. Acest combustibil nu va emite substanțe nocive în atmosferă în timpul funcționării, cu toate acestea, în timpul producției sale, se eliberează o cantitate imensă de dioxid de carbon, care are un efect negativ asupra mediului. Prin urmare, deși această metodă este eficientă, nu ar trebui utilizată ca bază pentru extragerea combustibililor alternativi.

Există motoare pentru care este adecvat și hidrogenul pur, ele însele procesează acest element în combustibil, totuși, ca și în cazul metodei anterioare, există și o cantitate uriașă de emisii de dioxid de carbon în atmosferă.

Electroliza este un mod foarte eficient de a produce un combustibil alternativ sub formă de hidrogen. Un curent electric este lăsat în apă, în urma căruia se descompune în hidrogen și oxigen. Această metodă este costisitoare și supărătoare, dar ecologică. Singurul deșeu din producția și funcționarea combustibilului este oxigenul, care va avea doar un efect pozitiv asupra atmosferei planetei noastre.

Iar cel mai promițător și mai ieftin mod de a obține combustibil cu hidrogen este prelucrarea amoniacului. Cu reacția chimică necesară, amoniacul se descompune în azot și hidrogen, cu care se obține hidrogen de trei ori mai mult decât azotul. Această metodă este mai bună, deoarece este puțin mai ieftină și mai puțin costisitoare. În plus, amoniacul este mai ușor și mai sigur de transportat, iar la sosirea la locul de livrare, ar trebui să începeți o reacție chimică, să eliberați azot și combustibilul este gata.

Zgomot artificial

Motoarele alimentate cu hidrogen sunt practic silențioase, astfel încât mașinile care sunt în funcțiune sau vor fi puse în funcțiune sunt echipate cu așa-numitul „zgomot artificial al mașinii” pentru a preveni accidentele pe drumuri.

Ei bine, prieteni, suntem pe punctul unei mari tranziții de la benzină, care ne distruge întregul ecosistem, la hidrogen, care, dimpotrivă, îl restabilește!

Popularitatea vehiculelor electrice a împins recent mașinile cu celule de combustibil în plan secund. Cu toate acestea, hidrogenul se pregătește să dea bătălie electricității și astăzi vom analiza perspectivele acestui element în viitorul energetic al planetei. Hidrogenul este cel mai simplu și mai abundent element chimic din univers, reprezentând 74% din toată materia cunoscută de noi. Hidrogenul este folosit de stele, inclusiv de Soare, pentru a elibera o cantitate uriașă de energie ca urmare a reacțiilor termonucleare.

În ciuda simplității și prevalenței sale, hidrogenul nu se găsește sub formă liberă pe Pământ. Datorită greutății sale ușoare, fie se ridică în atmosfera superioară, fie intră într-o legătură cu alte elemente chimice, de exemplu, cu oxigen, pentru a forma apă.

Interesul pentru hidrogen ca sursă alternativă de energie în ultimele decenii a fost determinat de doi factori. În primul rând, poluarea mediului cu combustibili fosili, care este principala sursă de energie în acest stadiu al dezvoltării civilizației. Și în al doilea rând, prin faptul că rezervele de combustibili fosili sunt limitate și, potrivit experților, vor fi epuizate în aproximativ șaizeci de ani.

Hidrogenul, ca și alte alternative, este o soluție la problemele de mai sus. Utilizarea hidrogenului are ca rezultat poluarea zero, deoarece energia produsă din subproduse este doar căldură și apă, care pot fi refolosite în alte scopuri. Rezervele de hidrogen sunt, de asemenea, foarte greu de epuizat, având în vedere că reprezintă 74% din materia din Univers, iar pe Pământ face parte din apă, care acoperă două treimi din suprafața planetei.

Producția de hidrogen

Spre deosebire de sursele de energie fosilă (petrol, cărbune, gaze naturale), hidrogenul nu este o sursă de energie gata de utilizare, ci este considerat purtătorul său. Adică, este imposibil să luați hidrogen în forma sa pură ca cărbune și să-l utilizați pentru producerea de energie; trebuie mai întâi să cheltuiți ceva energie pentru a obține hidrogen pur adecvat pentru utilizarea în pilele de combustibil.

Prin urmare, hidrogenul nu poate fi comparat cu sursele de energie fosilă și o analogie mai corectă cu bateriile, care trebuie preîncărcate. Este adevărat, bateriile nu mai funcționează după descărcare, iar celulele cu hidrogen pot produce energie atâta timp cât sunt alimentate cu combustibil (hidrogen).

Cea mai comună și mai ieftină metodă de producere a hidrogenului este reformarea aburului, care folosește hidrocarburi (substanțe compuse exclusiv din carbon și hidrogen). În timpul reacției apei și metanului (CH4) la temperaturi ridicate, se eliberează o cantitate mare de hidrogen. Dezavantajul acestei metode constă în faptul că un produs secundar al reacției este dioxidul de carbon, care pătrunde în atmosferă în același mod ca atunci când arde combustibili fosili, ceea ce nu reduce emisiile de gaze cu efect de seră în ciuda utilizării unei surse alternative de energie.

Aplicarea directă a unor gaze naturale direct în pilele de combustibil cu hidrogen este de asemenea posibilă ca alternativă. Acest lucru face posibilă risipirea energiei pentru a obține hidrogen din gaz. Costul acestor pile de combustibil va fi mai mic, cu toate acestea, atunci când se operează pe gaze naturale, gazele cu efect de seră și alte elemente toxice vor pătrunde și în atmosferă, ceea ce nu face din astfel de gaze un înlocuitor complet al hidrogenului.

Hidrogenul poate fi obținut și în timpul electrolizei. Atunci când un curent electric este trecut prin apă, acesta este separat în elementele sale chimice constitutive, în urma cărora se obțin hidrogen și oxigen.

În plus față de metodele obișnuite, modalitățile alternative de producere a hidrogenului sunt acum studiate cu atenție. De exemplu, în prezența razelor solare, hidrogenul poate fi și produsul rezidual al unor alge și bacterii. Unele dintre aceste bacterii pot produce hidrogen direct din deșeurile menajere obișnuite. În ciuda eficienței relativ scăzute a acestei metode, capacitatea de reciclare a deșeurilor o face destul de promițătoare, mai ales având în vedere că eficiența procesului este în continuă creștere ca urmare a creării de noi tipuri de bacterii.

Mai recent, a apărut la orizont o altă metodă promițătoare pentru producerea hidrogenului folosind amoniac (NH3). Când această substanță chimică este împărțită în constituenții săi, se obține o parte de azot și trei părți de hidrogen. Cei mai buni catalizatori pentru astfel de reacții sunt metalele rare scumpe. Noua metodă, în loc de un catalizator rar, folosește două substanțe disponibile și ieftine, sodă și amide. În același timp, eficiența procesului este comparabilă cu cei mai eficienți catalizatori scumpi.

În plus față de costul redus, această metodă se remarcă prin faptul că amoniacul este mai ușor de depozitat și transportat decât hidrogenul. Și la momentul potrivit, hidrogenul poate fi obținut din amoniac pur și simplu prin declanșarea unei reacții chimice. Conform previziunilor neconfirmate, utilizarea amoniacului va face posibilă crearea unui reactor cu un volum de cel mult o sticlă de 2 litri, suficient pentru a produce hidrogen din amoniac în cantități suficiente pentru utilizarea unei mașini de dimensiuni normale.

Amoniacul este transportat în prezent în cantități uriașe și este utilizat pe scară largă ca îngrășământ. Această substanță chimică face posibilă cultivarea a aproape jumătate din alimentele de pe Pământ și, probabil, în viitor va deveni una dintre cele mai importante surse de energie pentru umanitate.

Aplicații

Celulele de combustibil cu hidrogen pot fi utilizate în aproape orice formă de transport, în surse de energie staționare pentru case, precum și în dispozitive portabile mici, uneori de dimensiuni de buzunar, pentru a genera electricitate pentru a fi utilizate de alte dispozitive mobile.

În anii 70 ai secolului trecut, NASA a început să folosească hidrogenul pentru a lansa rachete și navete spațiale pe orbita Pământului. Hidrogenul este, de asemenea, utilizat ulterior pentru a genera electricitate în navete, iar apa și căldura ca produse secundare ale reacției.

În acest moment, cele mai mari eforturi sunt îndreptate către promovarea hidrogenului ca combustibil în industria auto.

Compararea mașinilor electrice și cu hidrogen

La nivel comun, hidrogenul este încă considerat a fi un element chimic periculos. Această reputație a fost stabilită după prăbușirea dirigibilului Hindenburg din 1937. Cu toate acestea, Administrația SUA pentru informații energetice (EIA) susține că, în ceea ce privește utilizarea hidrogenului pentru explozii nedorite, acest element este cel puțin la fel de sigur ca benzina.

În acest moment, este evident că, dacă următoarea revoluție tehnologică nu are loc, atunci mașinile viitorului apropiat vor fi predominant fie electrice, fie cu hidrogen, fie forme hibride ale acestor două tehnologii și mașini pe benzină.

Fiecare dintre opțiunile pentru dezvoltarea industriei auto are propriile avantaje și dezavantaje. Stațiile de alimentare cu combustibil cu hidrogen sunt mult mai ușor de realizat pe baza stațiilor de alimentare actuale pe benzină, ceea ce nu se poate spune despre infrastructura pentru „încărcarea” electrică a vehiculelor.

Într-un sens, distincția dintre hidrogen și mașinile electrice este artificială, deoarece în ambele cazuri mașina folosește electricitatea pentru a se deplasa. Numai în mașinile electrice, este stocat într-o formă mai familiară pentru noi direct în baterii, iar în celulele de combustibil o substanță care, ca urmare a reacției, va transforma energia chimică în energie electrică, poate fi adăugată în orice moment.

Alimentarea cu hidrogen este comparabilă în timp cu alimentarea cu benzină și durează câteva minute, dar o încărcare completă a bateriilor electrice în momentul actual, cel mai bine, durează 20-40 de minute. Pe de altă parte, vehiculele electrice au avantajul că pot fi conectate la o priză direct acasă, iar dacă faceți asta noaptea, puteți economisi tarifele electrice.

Respectarea mediului

Deoarece nici electricitatea și nici hidrogenul nu sunt o sursă naturală de energie, spre deosebire de combustibilii fosili, este necesar să cheltuiți energie pentru a le obține. Sursa acestei energii devine un factor decisiv în sustenabilitatea atât a hidrogenului, cât și a vehiculelor electrice.

Producția de hidrogen necesită fie căldură, fie curent electric, care în regiunile calde și însorite ale planetei poate fi obținut prin colectarea energiei solare. În țările reci, cum ar fi Scandinavia, accentul se pune acum pe o sursă mai adecvată de energie verde pentru acest climat, pe parcurile eoliene, care pot participa la fel de bine la producerea de hidrogen folosind electroliza. Este de remarcat faptul că hidrogenul în acest caz poate fi utilizat și pentru stocarea energiei neutilizate, de exemplu, atunci când este generată noaptea.

Având în vedere etapa obligatorie de producere a hidrogenului și a electricității, nivelul de emisii zero al acestor mașini depinde de modul în care a fost obținută energia primară. De aceea există o egalitate între ambele tipuri de vehicule și niciuna dintre acestea nu poate fi considerată un mijloc de transport mai ecologic.

Se poate face o remiză comparând zgomotul acestor tipuri de transport. Spre deosebire de motoarele tradiționale, noile motoare sunt mult mai silențioase.

În acest sens, se poate aminti bine-cunoscuta lege a steagului roșu care reglementează apariția primelor mașini în secolul al XIX-lea. Conform celor mai severe forme ale acestei legi, un vehicul fără cai nu se putea deplasa în oraș cu o viteză care depășește 3,2 km / h. În același timp, anticipând mișcarea mașinii cu câteva minute înainte de apariția sa, un bărbat cu steag roșu a trebuit să meargă de-a lungul drumului, avertizând despre apariția transportului.

Legea pavilionului roșu a fost adoptată datorită faptului că vehiculele noi se mișcau relativ liniștit în comparație cu vagoanele și puteau provoca accidente și răni, cel puțin în opinia judecătorilor vremii. Problema, deși a fost exagerată, dar încă după un secol și jumătate putem asista la noi legi similare în legătură cu zgomotul noilor tipuri de motoare. Mașinile electrice și celulele cu combustibil sunt cu greu mai mari decât primele vehicule, dar viteza lor în zonele urbane este acum în mod clar mai mare de 3 km, ceea ce le face potențial periculoase pentru pietoni. În aceeași Formula 1, ei se gândesc acum să amplifice sunetul motoarelor folosind acțiunea vocală artificială. Dar dacă în cursele auto se face acest lucru pentru a spori divertismentul, atunci la mașinile noi apariția unei surse artificiale de zgomot poate deveni o cerință de siguranță.

Temperaturi sub zero

Vehiculele cu celule de combustibil, cum ar fi vehiculele obișnuite pe benzină, au anumite probleme la frig. Bateriile în sine pot conține o cantitate mică de apă care îngheață la temperaturi de îngheț și le face inutilizabile. După încălzire, bateriile vor funcționa normal, dar la început fără încălzire externă, fie nu pornesc, fie funcționează o perioadă de timp la o putere redusă.

Raza de deplasare

Distanța de deplasare a mașinilor moderne cu hidrogen este de aproximativ 500 km, ceea ce este mult mai mare decât în ​​cazul mașinilor electrice tipice, care adesea pot parcurge doar 150-200 km. Situația s-a schimbat după apariția Tesla Model S, dar chiar și această mașină electrică este capabilă să se deplaseze fără să se reîncarce pe o distanță de cel mult 430 km.

Aceste cifre sunt destul de neașteptate, având în vedere eficiența tipurilor respective de motoare. Pentru motoarele convenționale cu combustie internă pe benzină, eficiența este de aproximativ 15%. Eficiența unei mașini pe pilele de combustibil este de 50%. Eficiența vehiculelor electrice este de 80%. În acest moment, General Electrics lucrează la celule de combustibil cu o eficiență de 65% și susține că eficiența lor poate fi crescută cu până la 95%, ceea ce va permite stocarea a până la 10 MW de energie electrică (după conversie) într-o singură celulă.

Greutatea bateriei și a combustibilului

Cu toate acestea, punctul slab al mașinilor electrice este bateriile în sine. De exemplu, în Tesla Model S, cântărește 550 kg, iar greutatea totală a mașinii este de 2100 kg, adică cu câteva sute de kilograme mai mult decât greutatea unui vehicul cu hidrogen similar. Mai mult, greutatea acestei baterii nu scade pe măsură ce distanța este parcursă, în timp ce combustibilul uzat în mașinile pe benzină și hidrogen face treptat mașina mai ușoară.

Celulele de hidrogen beneficiază și în ceea ce privește stocarea energiei pe unitate de masă. În ceea ce privește densitatea energetică pe unitate de volum, hidrogenul nu este atât de bun. În condiții normale, acest gaz conține doar o treime din energia metanului în același volum. Bineînțeles, hidrogenul este stocat în timpul transportului și în interiorul pilelor de combustibil sub formă lichidă sau comprimată. Dar chiar și în acest caz, cantitatea de energie (Megajoule) dintr-un litru este inferioară celei pe benzină.

Punctele tari ale hidrogenului se manifestă în termeni de energie pe unitate de greutate. În acest caz, este deja de trei ori mai mare decât benzina (143 MJ / kg versus 47 MJ / kg). Hidrogenul câștigă în acest indicator și bateriile electrice. Pentru aceeași greutate, hidrogenul are de două ori mai multă energie decât o baterie electrică.

Depozitare și transport

Anumite dificultăți apar în stocarea hidrogenului. Cea mai eficientă formă de transport și depozitare a acestui element chimic este starea lichidă. Cu toate acestea, este posibil să se realizeze tranziția gazului în formă lichidă doar la o temperatură de -253 grade Celsius, ceea ce necesită containere speciale, echipamente și costuri financiare considerabile.

2015 an

Toyota, Hyundai, Honda și alți producători auto au investit puternic în cercetarea celulelor de combustibil cu hidrogen de-a lungul anilor și urmează să introducă primele mașini în 2015, cu valoare și performanță care să fie considerate o alternativă la alte moduri de transport. Mașina cu celule de combustibil din 2015 ar trebui să fie un sedan de dimensiuni medii cu 4 uși, cu capacitatea de a parcurge cel puțin 500 km fără realimentare, care nu va dura mai mult de cinci minute. Costul unei astfel de mașini ar trebui să fie cuprins între 50 mii USD și 100 mii USD. Astfel, costul mașinilor cu hidrogen a scăzut cu un ordin de mărime într-un deceniu.

Așa cum ar fi evident din lista producătorilor auto, Japonia va deveni unul dintre hub-urile pentru dezvoltarea mașinilor cu hidrogen. Interesant este că una dintre piețele principale pentru aceste mașini va fi teritoriul separat de Japonia pe distanțe mult mai mari decât piața asiatică din apropiere.

California are de multă vreme reputația de a fi unul dintre cele mai progresiste locuri de pe planeta Pământ. Aici legislația dă adesea undă verde celor mai noi tehnologii și invenții. Promovarea vehiculelor care utilizează combustibili alternativi nu a făcut excepție.

Conform legii adoptate privind vehiculele cu emisii zero (ZEV - vehicul cu emisii zero) până în 2025, 15% din toate vehiculele vândute nu ar trebui să producă emisii nocive în atmosferă. Împreună cu alte zece state care au adoptat legi similare, ar trebui să existe aproximativ 3,3 milioane ZEV pe drumurile SUA până în 2025.

În timp ce pregătirile pentru lansarea de noi vehicule sunt în plină desfășurare, producătorii vor trebui să facă față provocărilor semnificative în infrastructură în primele etape. Toyota a angajat 200 de milioane de dolari pentru a construi stații de alimentare cu hidrogen în California, dar finanțarea va fi suficientă pentru a construi doar douăzeci de benzinării anul viitor. Chiar și fără a lua în calcul costul ridicat al construcției, numărul benzinăriilor va crește într-un ritm destul de modest. În 2016, numărul lor va fi de 40 de bucăți, iar în 2024 - 100 de bucăți.

Un astfel de timp de construcție măsurat poate fi ușor explicat prin faptul că este aproape imposibil să se realizeze chiar și o mică revoluție tehnologică într-un an. 2015 este desemnat în calendar ca anul începerii dezvoltării industriei auto cu hidrogen, cu toate acestea, mașinile cu celule de combustibil vor putea cel mai probabil să concureze cu concurenții lor doar cu apariția celei de-a doua generații de modele mai ieftine și mai fiabile. , care sunt așteptate până în 2020 și vor apărea pe drumurile cu o rețea mai mult decât mai puțin dezvoltată de stații de alimentare.

În ciuda abundenței de nume japoneze în rândul producătorilor de mașini cu hidrogen, aceștia sunt interesați de acest tip de transport pe alte continente. Producătorii cunoscuți au planuri de hidrogen: General Electrics, Diamler, General Motors, Mercedes-Benz, Nissan, Volkswagen.

Rezultate

Așa cum se întâmplă adesea, lumea nu este împărțită în alb și negru, iar hidrogenul nu va deveni singura sursă de energie în viitor. Acest element, împreună cu alte surse alternative de energie, va deveni parte a soluției la problema poluării mediului și a dispariției resurselor naturale. Perspectiva acestui tip de mașini cu combustibil și hidrogen va începe să devină mai clară în 2015 odată cu apariția primelor mașini produse în serie pe drumuri. Cât de mult vor putea concura cu mașinile electrice, cel mai probabil vom afla în 2020, pe măsură ce tehnologia continuă să se dezvolte și apare a doua generație de mașini cu combustibil.