Двигатель на водородном топливе. Кратко обо всем.

Двигатель на водородном топливе – интересная и далеко не всем известная тема. Давайте поговорим и разберемся с этим вопросом.

В конце лета прошлого года Toyota опубликовала официальные данные о новом мировом рекорде прохождения расстояния на одной заправке водородного автомобиля. 23 и 24 августа водородный седан Toyota Mirai проехал  1360,378 км без дозаправки, тем самым установив новый рекорд Гиннесса.

Интерес к водородным автомобилям постоянно увеличивается во всем мире. Это обусловлено тем, что водород является на 100% экологически чистым  топливом и многие европейские державы уже в ближайшее десятилетие полностью хотят отказаться от ДВС.

Toyota Mirai
Toyota Mirai

Но, не смотря, на популярность такого вида топлива на западе, в нашей стране мало кто знает, про водородные автомобили. Давайте исправим это упущение и подробно разберемся в этом вопросе.

Что же такое водородное топливо? Как устроен двигатель на водородном топливе? Какое будущее у таких автомобилей?

Для начала обратимся к истории

Еще в далеком 1806 году, французским изобретателем Франсуа Исааком де Ривазом была придумана некая технология. Которая при помощи электролиза воды производила водород.

Через 35 лет в Великобритании был выдан первый патент на водородный двигатель. А уже в 1852 году в Германии был создан двигатель внутреннего сгорания, который работал на воздушно-водородной смеси.

Затем потребовалось около 100 лет, что бы автомобиль от компании General Motors, именуемый Electrovan, стал первым автомобилем на водородных топливных элементах. Но, к сожалению, этот автомобиль был демонстрационным единичным экземпляром, который передвигался только по территории завода.

Нефтяные кризисы 70-х годов двадцатого века подтолкнули BMW создать в 1979 году автомобиль с водородным двигателем.

Россия не стала исключением. В начале 2000-х АвтоВАЗ разработал первые отечественные автомобили на водороде — АНТЭЛ-1 и АНТЭЛ-2. И уже в 2001 году АНТЭЛ-1 был готов. Он был собран на базе «Нивы» (ВАЗ-2131). А в 2003 году на свет появилась более совершенная модель отечественного водородного автомобиля на базе ВАЗ-2111 —  АНТЭЛ-2.

Lada АНТЭЛ-1
Lada АНТЭЛ-1
Lada АНТЭЛ-2
Lada АНТЭЛ-2

К середине 2000-х американцы сделали футуристичный концепт Chevrolet Sequel. А после мелкосерийно оборудовали Chevrolet Equinox водородными элементами.

В 2007 году BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7. Которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Минусом было то, что баллона с газом хватало всего на 200-250 км. К тому же, и цена была очень высокой.

В 2011 году в Германии было выпущено 13 экспериментальных Mercedes B-класса F-cell. В 2014-м VW Group представил три модели на водороде: Audi A7 e-tron, Volkswagen Golf и Passat американского типа.

И вот, наконец-то в 2014 году был выпущен первый серийный водородный автомобиль — Toyota Mirai. На сегодняшний день, подобные модельные решения есть у многих автопроизводителей.

Об устройстве двигателя на водородном топливе

Мы познакомились с историей появления водородных двигателей. Теперь давайте рассмотрим, что это за двигатель и как он устроен? Разберем плюсы и минусы.

Водородный автомобиль – это тот же самый электромобиль. Но отличие состоит в том, что в электрокарах стоит литиевая батарея. А в водородных авто топливный элемент, который при помощи химической реакции питает электроэнергией двигатель.

Теперь более подробно: На специальных заправках, автомобиль заправляется сжатым водородом, который поступает в топливный элемент. Реакция происходит внутри ячеек топливного элемента. Ячейки состоят из пары пористых электродов, анода (-) и катода (+), которые в свою очередь разделяются  мембраной, покрытой слоем катализатора, чаще всего платиной. На анод из баллона подается водород, а на катод — кислород из воздухозаборника. Далее происходит химическая реакция. Протоны проходят сквозь мембрану, а электроны задерживаются и создают напряжение. Выработанное электричество питает электромотор.

Устройство двигателя на водородном топливе
Устройство двигателя на водородном топливе

Однако стоит отметить, что водородный двигатель применяется не только для легковых личных автомобилей. Но и в другом транспорте, например:

  • поезда;
  • автобусы;
  • самолеты;
  • подводные лодки;
  • рыболовецкие суда;
  • электрокары для гольфа;
  • складские погрузчики.

Плюсы и минусы водородного двигателя

Плюсы:

  • Экологичность. В результате работы двигателя выделяется вода и никакого диоксида углерода;
  • Высокая эффективность. У двигателя внутреннего сгорания КПД составляет около 35%, а у водородного — свыше 45%. Если брать эквивалентные по энергоемкости объемы топлива, то на водороде автомобиль сможет проехать в 2,5-3 раза больше, чем на бензине;
  • Бесшумная работа двигателя;
  • Быстрая заправка. В среднем 3-5 минут, что в сравнении с электрокарами — очень быстро.

Минусы:

  • Высокая стоимость. Водород почти в 3 раза дороже бензина. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Однако, по прогнозам, после 2030 года цена на водород снизится на 30%.
  • Инфраструктура. Водородные заправки на сегодняшний день, все еще большая редкость.
  • Производство. Хоть само топливо экологично, но вот при его производстве используется паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды.

По сравнению с электрокарами, водородные автомобили стоят немного дешевле, но топливо получается в 3 раза дороже. Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — на десять- пятнадцать лет. При этом водородные аккумуляторы не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать простой вывод: водородные двигатели – экологически чистый тип двигателей. В будущем им определенно отведено особое место, рядом с электрокарами и гибридными двигателями. Остается, надеется, что стоимость эксплуатации водородного автомобиля снизится и в нашей стране они завоюют свою популярность.