Зміст статті:
- Трішки історії
- Відмітна риса водневих двигунів
- Головні плюси і мінуси водневих моторів
- Найпопулярніші автомобілі з водневим ДВС
«Водень - паливо майбутнього» - саме з таким посилом сьогодні відбувається впровадження водневих ДВС в транспортну та авіаційну промисловість.
Водень займає лідируючу позицію серед всіх інших джерел альтернативної енергії не випадково - він максимально екологічний, має поновлюваний ресурс, а також має максимальний ККД в порівнянні з класичними двигунами, що функціонують на бензині і дизелі.
Однак крім незаперечних переваг, водневий двигун має і низку недоліків, поки що не дозволяють зробити його масовим і повністю витіснити «шкідливі» бензинові і дизельні мотори.
Трішки історії
Про необхідність збереження навколишнього середовища людство стало задумуватися зовсім недавно, а ось думки про заміну звичайного ДВС вчені почали замислюватися набагато раніше.
Так, з руки вченого Франсуа Ісаака де Ріваза, уродженця Франції, перший двигун на водні був виготовлений в 1806 р У 1841-му в Британії був отриманий перший патентний договір на виготовлення водневого мотора, а в 1852-м німецькі вчені змогли створити ДВС, функціонуючий на повітряно-водневої суміші.
Однак планам впровадження водневих моторів завадили бензинові двигуни, які поширені після 1870 року.
Повторно про водні як альтернативному паливі згадали тільки в 1941 році в блокадному Ленінграді. Тоді радянський технік Б.Шеліщ застосував повітряно-водневий «коктейль» для запуску загороджувальних аеростатів.
Потім про водні знову забули, поки в 70-х роках в дверях не постукав всесвітній паливна криза. В кінці 70-х автоконцерн БМВ випустив свій перший авто, яке функціонує на водні, а потім його приклад наслідували й інші компанії, в числі яких - американська General Motors і Ford, японська Honda і інші.
Проте, як тільки криза зійшов нанівець, інтерес до водню як джерела енергії знову згас. І ось через десятиліття людство знову згадало про його існування, чому посприяла не лише активізація захисників навколишнього середовища, а й зростання цін на пальне.
Відмітна риса водневих двигунів
У конструктивному плані водневий мотор мало чим відрізняються від стандартних ДВС. У ньому також присутні поршні, камера згоряння і шатунно-кривошипний механізм. Так в чому ж відмінність?
Справа в тому, що водневі двигуни використовують інший спосіб поставки паливної суміші і її подальше загоряння. Крім того, процес згоряння водню займає набагато менше часу, ніж у випадку з пальним нафтового походження. Відмінності незначні, і на перший погляд може скластися враження, що переобладнати звичайний ДВС в водневий нескладно, але це не так.
Ряд проблем використання двигуна на водні:
- Водень складно отримати. Не секрет, що він міститься у воді і по праву вважається найпоширенішим хімічним елементом в світі, правда, в чистому вигляді він практично не представлений. Це означає, що автомобіль необхідно оснащувати спеціальною установкою закритого типу - електролізер, що відповідає за розщеплення води і дозволяє добути водень. Однак на практиці така установка складна у виготовленні, що сильно впливає на її кінцеву вартість.
- Водень через високу температуру стиснення легко вступає в реакцію з різними металевими елементами силової установки і навіть з моторним маслом.
- Навіть маленька витік водню при контакті з розігрітим колектором займанню. Саме тому сьогодні при створенні водневих моторів використовуються виключно роторні силові установки, так як вони дозволяють знизити ризик виникнення пожежі через більшої відстані між колектором впуску та випуску.
Проте, більшу частину проблем поки вдається вирішувати, причому не тільки на роторних установках, а й в двигунах, що використовують поршневі механізми, що дозволяє водню залишатися найбільш перспективною заміною бензину / дизелю.
Головні плюси і мінуси водневих моторів
Основні переваги, якими володіють водневі двигуни:
- високий рівень екологічності, так як продуктом його згоряння виступає водяна пара. При згорянні водню відбувається ще й вигоряння моторного масла, проте кількість токсичних вихлопів при цьому в кілька разів менше, ніж при згорянні бензинового або «важкого» палива;
- високий ККД, який в рази перевершує такий у класичних силових установках, що функціонують на дизельному або бензиновому паливі;
- відносна конструктивна простота, а також відсутність дорогих і ненадійних систем подачі палива, які до того ж небезпечні;
- безшумність.
Незважаючи на ряд істотних переваг, водневі двигуни мають достатню кількість недоліків:
- висока ціна і складність отримання чистого водню;
- нерозвинена інфраструктура автозаправних станцій, здатних здійснити дозаправку воднем;
- відсутність міжнародних стандартів транспортування і застосування водневого палива;
- висока ціна паливних компонентів і обслуговування водневих двигунів;
- труднощі, пов'язані зі зберіганням водневого пального. Вчені до цих пір не прийшли до єдиного знаменника щодо матеріалу, який необхідно використовувати при виготовленні баків для зберігання пального водню;
- збільшення загальної маси машини за рахунок наявності водневого двигуна, який помітно важче нині поширених бензинових і дизельних моторів.
Крім того, балони з воднем необхідно регулярно перевіряти і сертифікувати, що може бути зроблено виключно кваліфікованими фахівцями, що володіють відповідним дозволом і ліцензією.
Найпопулярніші автомобілі з водневим ДВС
На фото: Riversimple Rasa
Незважаючи на те, що вчені продовжують ламати голову над усуненням поточних проблем, пов'язаних з використанням водневих моторів, кількість машин на водневому паливі продовжує зростати. Найвідомішими авто, що функціонують на водні, є:
- Тойота Mirai FCV - автомобіль вперше дебютував в 2013 році, але в продаж надійшов лише в 2015-му. Наявні в ньому балони забезпечували «далекобійність» близько 500 км.
- BMW 750hL, концептуальна версія якого була показана ще в 2000-му році. Машина комплектується спеціальним баком з відрядив, запасу якого досить для подолання відстані в 300 км.
- Honda Clarity - ще один автомобіль, який використовує водень замість класичного палива. Основні переваги моделі - ефектна зовнішність і вражаючий, за мірками водневих авто, запас ходу, що становить 589 км.
- Riversimple Rasa - невеликий водневий автомобіль родом з Великобританії. Його головною особливістю став невелику вагу (трохи більше 500 кг) і значний запас ходу - близько 500 км.
Крім того, виробники продовжують представляти «водневі» концепт-кари, серед яких - Audi H-tron Quattro, водневий Mercedes GLC, вантажівка Nikola One від Nikola Motor, суперкар H2 Speed від дизайнерського дому Pininfarina і багато інших.
Висновок
Незважаючи на ряд недоліків, водень може стати найбільш перспективним джерелом екологічно чистої енергії на найближчі 30-40 років. Нам лише залишилося знайти ефективний метод видобутку водню і розробити інфраструктуру для його доставки кінцевому споживачеві, і тоді людство назавжди забуде не тільки про паливному, а й про екологічну кризу.
