В настоящее время ведутся разработки и внедрение нового топлива для избавления от нефтяной зависимости. Америка ставит для себя задачу избавиться полностью от нефтяных продуктов за 10 или 15 лет. Европа тоже не намерена отставать, тем более им приходиться часто выполнять все жесткие нормы на выброс вредных веществ автомобильным транспортом. У них с 1993 года были введены такие нормы бензина, как «Евро-1», в 1996 году уже ввели «Евро-2», с 1999 года вводился стандарт «Евро-3», а уже с 2005 года был введен в Европе более жесткий стандарт «Евро-4». В недалеком будущем автомобилям будет запрещено выбрасывать вредные вещества в атмосферу, и тогда уж автомобилистам не обойтись без машины, у которой двигатель на водороде. Главное препятствие к внедрению в быт человека автомобиля на водородном двигателе – это отсутствие необходимой системы получения водорода в промышленных объемах, а также системы хранения, заправки и транспортировки. По мнению только американских аналитиков и специалистов, такую водородную систему создадут не раньше 2020 или 2030 году. Но на переходные периоды ведущие компании автомобилестроителей предлагают «гибридные автомобили»: в которых встроенный экономичный двигатель внутреннего сгорания может подзаряжать аккумуляторную батарею, питающую потом электрический двигатель.
Немного из истории о водородных двигателях
Двигатель внутреннего сгорания был создан в 1806 году французским изобретателем Франсуа Исааком де Риваз. Его двигатель работал на водороде, который ученый производил с помощью электролиза воды. А в других экспериментальных двигателях обычно использовался светильный газ. Бензин же стали использовать в двигателях внутреннего сгорания только в 1870 году. В блокадном Ленинграде сам бензин был в недостатке, но водород имелся в огромных количествах. Борис Шелищ – военный техник, предложил тогда использовать имеющуюся водородную смесь для работы всех заградительных аэростатов. Потом на водород были переведены многие двигатели лебёдок аэростатов. Даже на этом топливе смогло работать 600 автомобилей во время блокады в городе.
Автомобили, работающие на водородном топливе.
В настоящее время автомобили, которые работают на водородном топливе, можно разделить на три группы.
Первая – это авто с самым обычным двигателем, который работает или на водородной смеси или на водороде. Такие типы машин могут работать как на чистом водороде или, к примеру, добавляют 10 % водорода к основному топливу. В таких случаях КПД у двигателя увеличивается (во втором примерно на 20 %), а выхлоп будет намного чище (содержание углеводов и угарного газа) уменьшится почти в полтора раза, а оксидов азота уменьшится почти в пять раз. Такие автомобили и двигатели к ним были сделаны как за рубежом, так и у нас примерно в 80 годах. Но учитывать следует затраты и многие конструкционные сложности, это является всего лишь промежуточным этапом на пути к третьему виду автомобилей.
Второй тип- это автомобили с двумя электроносителями, которые называются еще гибридными. Его колеса должны приводить в движение электропривод, к которому энергию доставляет аккумулятор, заряжающийся от высокоэкономичного двигателя. Этот двигатель работает на смеси водорода с бензином или просто работающий на водороде. Такой двигатель, работающий на водородной основе, намного экономичней и выгоднее, ведь КПД у электродвигателя может достигать до 90 или 95 % в сравнении с бензиновым топливом (около 35%) или, например, с дизельным (50%), следовательно, общий КПД может повыситься на 30%, при этом сразу снижается весь расход топлива. Даже для аккумулятора и его подзарядки необходим бензин, поэтому объем всех вредных выбросов укладывается в нормы «Евро-4» примерно с десятикратным запасом. Но получить полностью чистый выхлоп можно только третьим видом автомобилей с водородным двигателем.
Третий вид – это уже реальный водородный автомобиль. В нем встроен электродвигатель, который питается от основного топливного элемента, он расположен на борту автомобиля. В теории КПД этого элемента, который работает на особой смеси воздух – водород, может стать в 85 %. Даже не сегодняшний день удалось создать двигатели с КПД, превышающие 75% - это уже вдвое выше, чем в самых лучших двигателях внутреннего сгорания. В городских условиях такие автомобили получают огромное преимущество перед автомобилями, работающими на бензине.
Водород в составе топлива
На сегодняшний день производство дешевого водорода очень далеко от совершенства. Но многие крупные предприятия химической промышленности получают более 500 млрд. м3 водорода в год. Почти половина этого количества топлива идет на аммиачные удобрения, а также на такие нужды, как производство стали, маргарина и стекла. В основном получают водород путем парового рифоминга природного газа: например, метан при очень высоких температурах (около 900°С) в составе никелевого катализатора начинает реагировать с паром. В настоящее время такой водород остается самым дешевым, но российские ученые нашли способ сделать дешевле производство в 2 раза.
Есть и многие другие способы получения водорода. К примеру, электролиз, крекинг или переработка любой биомассы (такие как древесина и солома). Но любой из приведенных вариантов имеют недостатки.
Самый простой способ получения водорода – это электролиз. Но для выработки водорода таким образом, следует затратить 4 кВт электроэнергии, чтобы выработать около 1 м3 водорода, который, после того как сгорит, даст лишь 1, 8 кВт. Но электролиз все-таки эффективней и перспективней в настоящее время. Сейчас биологи разрабатывают новое направление в технологии выработки водорода. Некоторые бактерии и водоросли во время процесса фотосинтеза могут разлагать воду и выделять водород. Но проблема состоит в том, что они делают это в отсутствии кислорода и за краткий период.
В общем, двигатель, работающий на водороде, уже готов, осталось только сделать дешевле сам водород.
