Водородный автомобиль - Hydrogen vehicle

Toyota Mirai 2015 года - один из первых автомобилей на водородных топливных элементах, которые будут проданы на коммерческой основе. Mirai основан на концептуальном автомобиле Toyota на топливных элементах (FCV) (показан).

Транспортное средство водорода является одним из видов альтернативного топлива транспортного средства , которое использует водородное топливо для движущей силы . Водородные транспортные средства включают космические ракеты , работающие на водороде , а также автомобили и другие транспортные средства. Энергия вырабатывается путем преобразования химической энергии водорода в механическую энергию либо путем реакции водорода с кислородом в топливном элементе для питания электродвигателей, либо, что реже, путем сжигания водорода в двигателе внутреннего сгорания .

По состоянию на 2021 год на отдельных рынках доступны две модели водородных автомобилей: Toyota Mirai (2014–), первый в мире серийный электромобиль на топливных элементах (FCEV), и Hyundai Nexo (2018–). . Honda Clarity была произведена с 2016 до 2021 Большинство компаний , которые были тестирование водородных автомобилей перешли на батареи электромобилей; Volkswagen заявил, что у этой технологии нет будущего в автомобильной сфере, в основном потому, что электромобиль на топливных элементах потребляет примерно в три раза больше энергии, чем электромобиль с аккумулятором на каждую пройденную милю. По состоянию на декабрь 2020 года на дорогах мира было 31 225 пассажирских FCEV, работающих на водороде.

По состоянию на 2019 год 98% водорода производится паровой конверсией метана , при которой выделяется диоксид углерода . Его можно производить термохимическими или пиролитическими методами с использованием возобновляемого сырья , но в настоящее время эти процессы дороги. Разрабатываются различные технологии, направленные на обеспечение достаточно низких затрат и достаточно больших объемов, чтобы конкурировать с производством водорода с использованием природного газа.

Преимущества водородной технологии - быстрая заправка (сравнимая с бензином) и большой запас хода на одном баке. Недостатками использования водорода являются высокие выбросы углерода при производстве водорода из природного газа, бремя капитальных затрат, низкое энергосодержание на единицу объема в условиях окружающей среды, производство и сжатие водорода, инвестиции, необходимые в заправочные станции для подачи водорода, транспортировка водорода. на заправочные станции и отсутствие возможности производить или распределять водород в домашних условиях.

Транспортные средства

Honda FCX Clarity , демонстрационный автомобиль на водородных топливных элементах, представленный в 2008 году.

Автомобили, автобусы , вилочные погрузчики, поезда , велосипеды PHB , катера , грузовые велосипеды , тележки для гольфа , мотоциклы , инвалидные коляски , корабли , самолеты , подводные лодки и ракеты уже могут работать на водороде в различных формах. НАСА использовало водород для запуска космических кораблей в космос. Работающая игрушечная машинка работает на солнечной энергии , используя регенеративный топливный элемент для хранения энергии в виде водорода и кислорода . Затем он может преобразовать топливо обратно в воду, чтобы высвободить солнечную энергию. С появлением гидравлического разрыва пласта основной проблемой для транспортных средств с водородными топливными элементами является путаница потребителей и государственной политики в отношении внедрения водородных транспортных средств, работающих на природном газе, с тяжелыми скрытыми выбросами в ущерб экологически чистому транспорту.

Автомобили

Hyundai ix35 FCEV производство автомобилей

По состоянию на 2021 год на отдельных рынках будут доступны два водородных автомобиля: Toyota Mirai и Hyundai Nexo . Хонда Ясность была произведена с 2016 до 2021 года.

Hyundai Nexo представляет собой клетку с питанием от водородных топливных кроссовер

В 2013 году был запущен Hyundai Tucson FCEV , который был преобразованием Tucson и доступным только с левосторонним расположением руля, и стал первым серийно выпускаемым серийным автомобилем такого типа в мире. Hyundai Nexo , пришедший на смену Tucson в 2018 году, был выбран Euro NCAP в 2018 году как «самый безопасный внедорожник» и получил оценку «хорошо» в боковом краш-тесте, проведенном Страховым институтом дорожной безопасности (IIHS).

Toyota запустила первый в мире специализированный автомобиль на топливных элементах (FCV), Mirai , в Японии в конце 2014 года и начала продажи в Калифорнии, в основном в районе Лос-Анджелеса, а также на отдельных рынках в Европе, Великобритании, Германии и других странах. Дания в конце 2015 года. Автомобиль имеет запас хода в 312 миль (502 км), а заправка водородного бака занимает около пяти минут. Первоначальная цена продажи в Японии составляла около 7 миллионов иен (69 000 долларов). Бывший президент Европарламента Пэт Кокс подсчитал, что первоначально Toyota потеряет около 100 000 долларов с каждой проданной Mirai. В конце 2019 года Toyota продала более 10000 автомобилей Mirais. Многие автомобильные компании представили демонстрационные модели в ограниченном количестве (см. Список транспортных средств на топливных элементах и Список транспортных средств с водородными двигателями внутреннего сгорания ).

В 2013 году BMW арендовала водородную технологию у Toyota , а группа, образованная Ford Motor Company , Daimler AG и Nissan, объявила о сотрудничестве в области разработки водородных технологий. Однако к 2017 году Daimler отказалась от разработки водородных автомобилей, и большинство автомобильных компаний, разрабатывающих водородные автомобили, переключили свое внимание на электромобили с аккумуляторными батареями.

Автогонки

Рекорд 207,297 миль в час (333,612 км / ч) был установлен прототипом гоночного автомобиля Ford Fusion Hydrogen 999 на топливных элементах на соляных равнинах Бонневилля в августе 2007 года с использованием большого баллона со сжатым кислородом для увеличения мощности. Пластинка земли скорости для водородного автомобиля на 286.476 миль в час (461,038 км / ч) была установлена Ohio State University «s Buckeye Пуля 2 , которая достигла„летающих мили“скорость 280.007 миль в час (450.628 км / ч) на солончаках Бонневиль в августе 2008 года.

В 2007 году была создана Федерация водородных электрических гонок как гоночная организация для транспортных средств, работающих на водородных топливных элементах. Организация спонсировала 500-мильную гонку Hydrogen 500.

автобусов

Автобус Solaris Urbino 12 возле завода в Болехово, Польша

Автобусы на топливных элементах испытывают несколько производителей в разных местах, например, Ursus Lublin. Solaris Bus & Coach представила свои водородные электрические автобусы Urbino 12 в 2019 году. Несколько десятков были заказаны и, как ожидается, будут доставлены в 2020 и 2021 годах.

Трамваи и поезда

В марте 2015 года China South Rail Corporation (CSR) продемонстрировала первый в мире трамвай на водородных топливных элементах на сборочном предприятии в Циндао. Главный инженер CSR Sifang Co Ltd. , дочерней компании CSR , Лян Цзяньин сказал, что компания изучает, как снизить эксплуатационные расходы трамвая. Трассы для новой машины построены в семи городах Китая. Китай планирует потратить 200 миллиардов юаней (32 миллиарда долларов) до 2020 года на увеличение трамвайных путей до более чем 1200 миль.

На севере Германии в 2018 году были введены в эксплуатацию первые поезда Coradia iLint, работающие на топливных элементах ; избыточная мощность хранится в литий-ионных батареях .

Экспериментальный поезд «Гидрофлекс» British Rail Class 799 начал испытания в Великобритании в июне 2019 года.

Корабли

По состоянию на 2019 год водородные топливные элементы не подходят для приведения в движение больших судов дальнего следования, но они рассматриваются в качестве расширителя дальности действия для небольших, коротких и низкоскоростных электрических судов, таких как паромы. Водород в аммиаке рассматривается как топливо для дальних перевозок.

Велосипеды

Водородный велосипед PHB

В 2007 году компания Pearl Hydrogen Power Source Technology Co из Шанхая , Китай, продемонстрировала водородный велосипед PHB . В 2014 году австралийские ученые из Университета Нового Южного Уэльса представили свою модель Hy-Cycle. В том же году Canyon Bicycles начала работу над концептуальным велосипедом Eco Speed.

В 2017 году французская компания Pragma Industries разработала велосипед, способный проехать 100 км на одном водородном баллоне. В 2019 году Pragma объявила, что продукт Alpha Bike был улучшен, чтобы обеспечить диапазон педалирования с электроприводом до 150 км, и первые 200 велосипедов будут предоставлены журналистам, освещающим 45-й саммит G7 в Биаррице , Франция. . В случае успеха Ллойд Альтер из TreeHugger ответил на объявление, спросив: «Зачем… испытывать трудности с использованием электричества для производства водорода, только чтобы превратить его обратно в электричество, чтобы зарядить батарею для работы электронного велосипеда [или] выбрать топливо. для этого нужна дорогая заправочная станция, способная обрабатывать только 35 велосипедов в день, когда вы можете заряжать велосипед с батарейным питанием где угодно. [Если] вы были водителем автопарка, почему [не] просто поменять батареи, чтобы увеличить запас хода и скорость оборот? "

Военная техника

Военное подразделение General Motors , GM Defense , специализируется на автомобилях на водородных топливных элементах. Его SURUS (универсальная надстройка Silent Utility Rover) представляет собой гибкую электрическую платформу на топливных элементах с автономными возможностями. С апреля 2017 года армия США тестирует коммерческий Chevrolet Colorado ZH2 на своих базах в США, чтобы определить жизнеспособность автомобилей с водородным двигателем в тактических условиях военных миссий.

Мотоциклы и скутеры

ENV разрабатывает электрические мотоциклы, работающие на водородном топливном элементе, в том числе Crosscage и Biplane . Другие производители, такие как Vectrix, работают над водородными скутерами. Наконец, создаются скутеры с водородным топливным элементом и электрическим гибридом, такие как скутер на топливных элементах Suzuki Burgman и FHybrid . Burgman получил одобрение в ЕС «на тип автомобиля в целом». Тайваньская компания APFCT провела уличное испытание 80 скутеров на топливных элементах для Тайваньского бюро энергетики.

Авто рикши

Концептуальные автомобили водородных рикш были построены компаниями Mahindra HyAlfa и Bajaj Auto.

Квадроциклы и тракторы

H-Due от Autostudi Srl - это квадроцикл с водородным двигателем, способный перевозить 1-3 пассажира. Предложена концепция трактора, работающего на водороде.

Самолеты

Боинг Сотовые Демонстрационное топлива питается от водородных топливных элементов

Такие компании, как Boeing , Lange Aviation и Немецкий аэрокосмический центр, используют водород в качестве топлива для пилотируемых и беспилотных самолетов. В феврале 2008 года компания Boeing провела испытания пилотируемого полета небольшого самолета, работающего на водородном топливном элементе. Также прошли испытания беспилотные водородные самолеты. Что касается больших пассажирских самолетов, The Times сообщила, что «Боинг заявил, что водородные топливные элементы вряд ли будут приводить в действие двигатели больших пассажирских реактивных самолетов, но могут использоваться в качестве резервных или вспомогательных силовых установок на борту».

В июле 2010 года компания Boeing представила свой БПЛА Phantom Eye с водородным двигателем , оснащенный двумя двигателями внутреннего сгорания Ford, которые были переоборудованы для работы на водороде.

В Великобритании в реакционных двигателях A2 было предложено использовать термодинамические свойства жидкого водорода для достижения очень высокой скорости полета на большие расстояния (антиподальный) путем сжигания его в предварительно охлажденном реактивном двигателе .

Вилочные погрузчики

Водородный двигатель внутреннего сгорания (или «HICE») погрузчик или HICE штабелер является водород топлива, двигатель внутреннего сгорания Приведено промышленный грузовик погрузчика используется для подъема и транспортировки материалов. Первый серийный вилочный погрузчик HICE на базе дизельного двигателя Linde X39 был представлен на выставке в Ганновере 27 мая 2008 года. В нем использовался 2,0-литровый дизельный двигатель внутреннего сгорания мощностью 43 кВт (58 л.с.), преобразованный для использования водорода в качестве топлива. использование компрессора и непосредственного впрыска .

Топливный элемент вилочный (также называется ячейка штабелер топлива) является топливным элемент питания промышленного вилочным погрузчиком. В 2013 году в США для погрузочно-разгрузочных работ использовалось более 4000 вилочных погрузчиков на топливных элементах . Мировой рынок оценивается в 1 миллион вилочных погрузчиков на топливных элементах в год в 2014–2016 годах. Флоты эксплуатируются компаниями по всему миру. В 2011 году компания Pike Research заявила, что вилочные погрузчики на топливных элементах станут крупнейшим драйвером спроса на водородное топливо к 2020 году.

Большинство компаний в Европе и США не используют вилочные погрузчики с бензиновым двигателем, поскольку эти автомобили работают в помещениях, где выбросы должны контролироваться, и вместо этого используют вилочные электрические погрузчики. Вилочные погрузчики, работающие на топливных элементах, имеют преимущества по сравнению с вилочными погрузчиками с батарейным питанием, поскольку их можно заправить за 3 минуты. Их можно использовать в холодильных складах, так как их рабочие характеристики не ухудшаются при более низких температурах. Блоки топливных элементов часто проектируются как заменяемые.

Ракеты

Многие большие ракеты используют жидкий водород в качестве топлива и жидкий кислород в качестве окислителя (LH2 / LOX). Преимуществом водородного ракетного топлива является высокая эффективная скорость выхлопа по сравнению с двигателями керосин / LOX или UDMH / NTO . Согласно уравнению ракеты Циолковского , ракета с более высокой скоростью истечения использует меньше топлива для ускорения. Кроме того, плотность энергии водорода выше, чем у любого другого топлива. LH2 / LOX также дает наибольшую эффективность по отношению к количеству израсходованного топлива из любого известного ракетного топлива.

Недостатком двигателей LH2 / LOX является низкая плотность и низкая температура жидкого водорода, что означает необходимость в больших и изолированных и, следовательно, более тяжелых топливных баках. Это увеличивает конструктивную массу ракеты, что значительно снижает ее дельта-v. Другим недостатком является плохая сохранность ракет с двигателями LH2 / LOX: из-за постоянного кипения водорода ракету необходимо заправлять топливом незадолго до запуска, что делает криогенные двигатели непригодными для межконтинентальных баллистических ракет и других ракетных приложений с необходимостью короткой подготовки к запуску. .

В целом, дельта-v ступени с водородом обычно не сильно отличается от ступени с плотным топливом, но вес ступени с водородом намного меньше, что делает ее особенно эффективной для верхних ступеней, поскольку они переносятся нижними ступенями. этапы. На первых этапах исследования ракеты с плотным топливом могут показать небольшое преимущество из-за меньшего размера транспортного средства и меньшего сопротивления воздуха.

LH2 / LOX также использовались в космическом шаттле для работы топливных элементов, питающих электрические системы. Побочным продуктом топливного элемента является вода, которая используется для питья и других применений, требующих воды в космосе.

Тяжелые грузовики

United Parcel Service начала испытания автомобиля для доставки, работающего на водороде, в 2017 году. США Hybrid , Toyota и Kenworth также планируют испытать дренажные грузовики на водородных топливных элементах класса 8 .

В 2020 году Hyundai начала коммерческое производство своих грузовиков на топливных элементах Xcient и отправила десять из них в Швейцарию . К 2022 году планируется продавать на дополнительных рынках, в том числе в США.

Автомобиль внутреннего сгорания

Автомобили с водородным двигателем внутреннего сгорания отличаются от автомобилей на водородных топливных элементах. Автомобиль внутреннего сгорания на водороде - это слегка модифицированная версия традиционного автомобиля с бензиновым двигателем внутреннего сгорания . Эти водородные двигатели сжигают топливо так же, как бензиновые двигатели; основное отличие - выхлопное изделие. Результаты сгорания бензина в выбросах из двуокиси углерода , окиси углерода , оксидов азота, твердых частиц и несгоревших углеводородов, в то время как основной выхлопного продукт сгорания водорода является водяной пар.

В 1807 году Франсуа Исаак де Риваз разработал первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде . В 1965 году Роджер Биллингс , тогда ученик средней школы, переделал модель A для работы на водороде. В 1970 году Пол Диджес запатентовал модификацию двигателей внутреннего сгорания, которая позволила бензиновому двигателю работать на водороде US 3844262  .

Mazda разработала двигатели Ванкеля, сжигающие водород, которые используются в Mazda RX-8 Hydrogen RE . Преимущество использования двигателя внутреннего сгорания, такого как двигатели Ванкеля и поршневые двигатели, заключается в более низкой стоимости переоборудования для производства.

Продемонстрированы вилочные погрузчики HICE на базе переделанных дизельных двигателей внутреннего сгорания с непосредственным впрыском .

Топливная ячейка

Стоимость топливного элемента

Производство водородных топливных элементов относительно дорогое, поскольку для их конструкции требуются редкие вещества, такие как платина , в качестве катализатора. В 2014 году бывший президент Европейского парламента Пэт Кокс подсчитал, что первоначально Toyota потеряет около 100000 долларов на каждой проданной Mirai. В 2020 году исследователи химического факультета Копенгагенского университета разрабатывают новый тип катализатора, который, как они надеются, снизит стоимость топливных элементов. В этом новом катализаторе используется гораздо меньше платины, поскольку наночастицы платины не покрываются углеродом, который в обычных водородных топливных элементах удерживает наночастицы на месте, но также приводит к тому, что катализатор становится нестабильным и медленно денатурирует его, требуя еще большего количества платины. . В новой технологии вместо наночастиц используются прочные нанопроволоки. «Следующим шагом для исследователей является расширение их результатов, чтобы технология могла быть реализована в водородных транспортных средствах».

Условия замораживания

Проблемы ранних конструкций топливных элементов при низких температурах, касающиеся диапазона и возможностей холодного пуска, были решены, так что они «больше не могут рассматриваться как препятствия». В 2014 году пользователи заявили, что их автомобили на топливных элементах безупречно работают при отрицательных температурах, даже при включенных нагревателях, без значительного уменьшения дальности действия. Исследования с использованием нейтронной радиографии при холодном запуске без посторонней помощи показывают образование льда на катоде, три стадии холодного запуска и ионную проводимость Nafion. Параметр, определяемый как кулон заряда, также был определен для измерения возможности холодного пуска.

Срок службы

Срок службы топливных элементов сопоставим со сроком службы других транспортных средств. Срок службы топливного элемента с полимерно-электролитной мембраной (ПОМ) составляет 7300 часов в циклических условиях.

Водород

Водород не существует в удобных резервуарах или месторождениях, таких как ископаемое топливо или гелий . Он производится из сырья, такого как природный газ и биомасса, или подвергается электролизу из воды. Предлагаемое преимущество крупномасштабного внедрения водородных транспортных средств состоит в том, что это может привести к снижению выбросов парниковых газов и прекурсоров озона. Однако по состоянию на 2014 год 95% водорода производится из метана . Его можно производить термохимическим или пиролитическим способом с использованием возобновляемого сырья, но это дорогостоящий процесс. Однако возобновляемая электроэнергия может быть использована для преобразования воды в водород: интегрированные ветро-водородные ( энергия в газ ) заводы, использующие электролиз воды , изучают технологии, обеспечивающие достаточно низкие затраты и достаточно большие количества, чтобы конкурировать с ними. традиционные источники энергии.

По данным Ford Motor Company, автомобиль на водородных топливных элементах будет генерировать только три пятых углекислого газа, чем сопоставимый автомобиль, работающий на бензине, смешанном с 10-процентным этанолом. Хотя методы производства водорода, не использующие ископаемое топливо, были бы более устойчивыми, в настоящее время возобновляемая энергия составляет лишь небольшой процент вырабатываемой энергии, и энергия, произведенная из возобновляемых источников, может более эффективно использоваться в электромобилях и для других применений.

Проблемы, с которыми сталкивается использование водорода в транспортных средствах, включают, главным образом, его хранение на борту транспортного средства. Хотя коэффициент полезного действия водорода при наименее эффективном способе его получения (электролиз) составляет менее 25 процентов, он все же превышает эффективность транспортных средств на базе двигателей внутреннего сгорания.

Производство

Молекулярный водород, необходимый в качестве бортового топлива для водородных транспортных средств, может быть получен многими термохимическими методами с использованием природного газа , угля (с помощью процесса, известного как газификация угля), сжиженного нефтяного газа , биомассы ( газификация биомассы ), с помощью процесса, называемого термолизом или как продукт микробных отходов, называемый биоводородом или биологическим производством водорода . 95% водорода производится с использованием природного газа, а 85% производимого водорода используется для удаления серы из бензина. Водород также можно получать из воды электролизом с КПД 65–70%. Водород также можно получить химическим восстановлением с использованием химических гидридов или алюминия. Современные технологии производства водорода используют энергию в различных формах, составляющую от 25 до 50 процентов более высокой теплотворной способности водородного топлива, используемого для производства, сжатия или сжижения и транспортировки водорода по трубопроводу или грузовику.

Экологические последствия производства водорода из ископаемых энергоресурсов включают выбросы парниковых газов , последствия, которые также могут возникнуть в результате конверсии метанола в водород на борту. Анализы, сравнивающие экологические последствия производства и использования водорода в транспортных средствах на топливных элементах с очисткой нефти и сжиганием в обычных автомобильных двигателях, не позволяют прийти к единому мнению о том, приведет ли к чистому сокращению выбросов озона и парниковых газов. Производство водорода с использованием возобновляемых источников энергии не приведет к таким выбросам, но масштабы производства возобновляемой энергии необходимо будет расширить, чтобы использовать его для производства водорода для значительной части транспортных нужд. По состоянию на 2016 год 14,9% электроэнергии в США было произведено из возобновляемых источников. В некоторых странах возобновляемые источники более широко используются для производства энергии и водорода. Например, Исландия использует геотермальную энергию для производства водорода, а Дания использует ветер .

Место хранения

Знак хранения сжатого водорода

Сжатый водород в водородных резервуарах под давлением 350 бар (5000 фунтов на квадратный дюйм) и 700 бар (10000 фунтов на квадратный дюйм) используется в системах резервуаров для водорода в транспортных средствах на основе углеродно-композитной технологии типа IV.

Водород имеет очень низкую объемную плотность энергии в условиях окружающей среды по сравнению с бензином и другими видами топлива для транспортных средств. Он должен храниться в транспортном средстве либо в виде переохлажденной жидкости, либо в виде сильно сжатого газа, для чего требуется дополнительная энергия. В 2018 году исследователи из CSIRO в Австралии заправили автомобили Toyota Mirai и Hyundai Nexo водородом, отделенным от аммиака с помощью мембранной технологии. Аммиак легче безопасно перевозить в автоцистернах, чем чистый водород.

Инфраструктура

Заправка автомобилей водородом
Заправка водородом

Инфраструктура водорода состоит из водорода , оборудованных заправочных станций , которые снабжают водородом посредством сжатого водорода прицепов труб , жидких автоцистерн водорода или выделенный на месте производства, а также некоторых промышленных водорода трубопроводного транспорта . Распределение водородного топлива для автомобилей по всей территории США потребует новых водородных станций, которые будут стоить от 20 миллиардов долларов в США (4,6 миллиарда в ЕС). и полтриллиона долларов в США.

По состоянию на 2021 год в США было 49 общедоступных водородных заправочных станций , 48 из которых были расположены в Калифорнии (по сравнению с 42 830 электрическими зарядными станциями). К 2017 году в Японии была 91 водородная заправочная станция.

Нормы и стандарты

Кодексы и стандарты по водороду , а также кодексы и технические стандарты по водородной безопасности и хранению водорода были институциональным барьером для внедрения водородных технологий . Чтобы сделать возможным коммерциализацию водорода в потребительских товарах, необходимо разработать и принять новые правила и стандарты федеральным правительством, правительством штата и местными властями.

Официальная поддержка

Инициативы США

В 2003 году Джордж Буш объявил об инициативе по продвижению автомобилей, работающих на водороде. В 2009 году президент Обама и его министр энергетики Стивен Чу прекратили финансирование технологии топливных элементов после того, как пришли к выводу, что до технологии еще несколько десятилетий. Под жесткой критикой финансирование было частично восстановлено.

В 2013 году сенатор Байрон Л. Дорган заявил, что «законопроект об ассигнованиях на энергию и воду предусматривает инвестиции в усилия нашей страны по разработке безопасных отечественных источников энергии, которые уменьшат нашу зависимость от иностранной нефти. И поскольку для развития необходимы постоянные исследования и разработки изменяющие правила игры технологии, этот закон также восстанавливает финансирование исследований в области водородной энергетики ". В том же году Министерство энергетики США выделило 9 миллионов долларов в виде грантов на ускорение разработки технологий, 4,5 миллиона долларов на усовершенствованные мембраны топливных элементов, 3 миллиона долларов компании 3M для работы над мембранами с повышенной прочностью и характеристиками и 1,5 миллиона долларов США для Школы Колорадо. мин для работы над более простыми и доступными мембранами топливных элементов. Инвестиции США в заправку были запланированы на 2014 год.

Другие усилия

В Японии водород в основном поступает из-за пределов Японии.

Норвегия планирует построить ряд водородных заправок вдоль основных дорог.

Критика

Критики заявляют, что временные рамки для преодоления технических и экономических проблем, связанных с широкомасштабным использованием водородных автомобилей, вероятно, продлятся как минимум несколько десятилетий. Они утверждают, что акцент на использовании водородных автомобилей - это опасный обходной путь от более доступных решений по сокращению использования ископаемого топлива в транспортных средствах. В мае 2008 года Wired News сообщило, что «эксперты говорят, что пройдет 40 или более лет, прежде чем водород окажет какое-либо существенное влияние на потребление бензина или глобальное потепление, и мы не можем позволить себе ждать так долго. ресурсы из более быстрых решений ".

Критика водородных транспортных средств представлена ​​в документальном фильме 2006 года « Кто убил электромобиль?». . По словам бывшего чиновника Министерства энергетики США Джозефа Ромма , «водородный автомобиль - один из наименее эффективных и самых дорогих способов сокращения выбросов парниковых газов». На вопрос, когда водородные автомобили станут широко доступны, Ромм ответил: «Не при нашей жизни и, возможно, никогда». В 2009 году газета Los Angeles Times писала: «Технология водородных топливных элементов не работает в автомобилях ... Как ни крути, водород - отвратительный способ передвижения». Журнал Economist в 2008 году процитировал Роберта Зубрина , автора книги « Энергетическая победа» , который сказал: «Водород - это« чуть ли не наихудшее автомобильное топливо ». Журнал отметил отказ Калифорнии от ранее поставленных целей: «В [2008 г.] Калифорнийский совет по воздушным ресурсам , агентство правительства штата Калифорния и лидер правительств штатов по всей Америке, изменил свои требования в отношении количества транспортных средств с нулевым уровнем выбросов (ZEV). ), которые будут построены и проданы в Калифорнии в период с 2012 по 2014 годы. Пересмотренный мандат позволяет производителям соблюдать правила, создавая больше электромобилей на батареях вместо автомобилей на топливных элементах ». Журнал также отметил, что большая часть водорода производится путем паровой конверсии метана, что создает не меньше выбросов углерода на милю, чем некоторые из сегодняшних бензиновых автомобилей. С другой стороны, если бы водород можно было производить с использованием возобновляемых источников энергии, «наверняка было бы проще просто использовать эту энергию для зарядки батарей полностью электрических или подключаемых к электросети гибридных автомобилей». По состоянию на 2019 год 98% водорода производится паровой конверсией метана , при которой выделяется диоксид углерода.

Исследование, проведенное в Калифорнийском университете в Дэвисе в 2009 году и опубликованное в Journal of Power Sources , также показало, что водородные автомобили в течение своего срока службы будут выделять больше углерода, чем бензиновые. Это согласуется с анализом 2014 года. В 2009 году газета Washington Post спросила: «[Зачем] хотите ли вы хранить энергию в виде водорода, а затем использовать этот водород для производства электричества для двигателя, когда электрическая энергия уже ждет, чтобы ее высосали из розеток по всей Америке? и хранятся в автомобильных аккумуляторах »? В 2013 году Motley Fool заявил, что «по-прежнему существуют непомерно дорогостоящие препятствия [для водородных автомобилей], связанные с транспортировкой, хранением и, что наиболее важно, производством».

В 2013 году представитель Volkswagen Рудольф Кребс сказал, что «независимо от того, насколько хороши сами автомобили, законы физики снижают их общую эффективность. Самый эффективный способ преобразовать энергию в мобильность - это электричество». Он уточнил: «Подвижность водорода имеет смысл только в том случае, если вы используете зеленую энергию», но ... вам нужно сначала преобразовать его в водород «с низкой эффективностью», где «вы теряете около 40 процентов начальной энергии». Затем вы должны сжать водород и хранить его под высоким давлением в резервуарах, что потребляет больше энергии. «А затем вы должны преобразовать водород обратно в электричество в топливном элементе с еще одной потерей эффективности». Кребс продолжил: «В конце концов, из ваших первоначальных 100 процентов электроэнергии вы получите от 30 до 40 процентов». Business Insider прокомментировал:

Чистый водород можно получить промышленным способом, но для этого требуется энергия. Если эта энергия поступает не из возобновляемых источников, автомобили на топливных элементах не так чисты, как кажутся. ... Еще одна проблема - отсутствие инфраструктуры. Заправочным станциям необходимо вкладывать средства в возможность заправки водородных баков до того, как FCEV [электромобили на топливных элементах] станут практичными, и маловероятно, что многие сделают это, пока на дорогах так мало клиентов. ... Отсутствие инфраструктуры усугубляется высокой стоимостью технологии. Топливные элементы «по-прежнему очень и очень дороги».

В 2014 году Джозеф Ромм посвятил три статьи обновлению своей критики водородных транспортных средств, сделанной в его книге «Шумиха о водороде» . Он заявил, что автомобили на топливных элементах все еще не преодолели высокую стоимость транспортных средств, высокую стоимость заправки и отсутствие инфраструктуры для доставки топлива. «Чтобы преодолеть все эти проблемы одновременно в ближайшие десятилетия, потребуется несколько чудес». Более того, он написал: «FCV не являются зелеными» из-за утечки метана при добыче природного газа и при производстве водорода, а 95% его производится с использованием процесса парового риформинга. Он пришел к выводу, что возобновляемые источники энергии не могут быть экономически использованы для производства водорода для парка FCV «ни сейчас, ни в будущем». Аналитик GreenTech Media пришел к аналогичным выводам в 2014 году. В 2015 году Clean Technica, как и Car Throttle, перечислила некоторые недостатки автомобилей на водородных топливных элементах . Другой автор Clean Technica пришел к выводу, что «хотя водород может сыграть свою роль в мире хранения энергии (особенно сезонного хранения), он выглядит тупиком, когда дело доходит до обычных транспортных средств». В исследовании, опубликованном в ноябрьском номере журнала Energy за 2016 год, проведенном учеными Стэнфордского университета и Мюнхенского технического университета, сделан вывод о том, что даже с учетом местного производства водорода «инвестиции в автомобили с полностью электрическими аккумуляторами являются более экономичным выбором для сокращения выбросов углекислого газа, в первую очередь из-за их более низкой стоимости и значительно более высокой энергоэффективности ».

Анализ 2017 года, опубликованный в Green Car Reports, показал, что лучшие автомобили на водородных топливных элементах потребляют «более чем в три раза больше электроэнергии на милю, чем электромобиль ... производят больше выбросов парниковых газов, чем другие технологии трансмиссии ... [и имеют ] очень высокие затраты на топливо ... С учетом всех препятствий и требований к новой инфраструктуре (оцениваемой примерно в 400 миллиардов долларов) автомобили на топливных элементах кажутся в лучшем случае нишевой технологией, практически не влияющей на потребление нефти в США. . Министерство энергетики США соглашается с тем, что топливо, производимое из электросети посредством электролиза, но не для большинства других способов выработки электроэнергии. В видеоролике Real Engineering в 2019 году отмечается, что, несмотря на внедрение транспортных средств, работающих на водороде, использующих водород в качестве топлива для автомобилей не способствует сокращению выбросов углерода от транспорта. 95% водорода, все еще производимого из ископаемого топлива, выделяет углекислый газ, а производство водорода из воды требует затрат энергии. Мин процесс. Для хранения водорода требуется больше энергии, чтобы охладить его до жидкого состояния или поместить в резервуары под высоким давлением, а доставка водорода на заправочные станции требует больше энергии и может выделять больше углерода. Водород, необходимый для перемещения FCV на километр, стоит примерно в 8 раз больше, чем электричество, необходимое для перемещения BEV на такое же расстояние. Также в 2019 году Кацуши Иноуэ, президент Honda Europe, заявил: «Сейчас мы сосредоточены на гибридных и электромобилях. Возможно, появятся автомобили на водородных топливных элементах, но это технология для следующей эпохи».

Оценка 2020 года пришла к выводу, что водородные автомобили по-прежнему эффективны только на 38%, в то время как аккумуляторные электромобили - на 80%.

Безопасность и снабжение

Водородное топливо опасно из-за низкой энергии воспламенения (см. Также температуру самовоспламенения ) и высокой энергии сгорания водорода, а также из-за того, что оно имеет тенденцию легко вытекать из резервуаров. Сообщалось о взрывах на водородных заправках. Водородные заправочные станции обычно получают водород грузовиками от поставщиков водорода. Прерывание работы на водородном предприятии может привести к остановке нескольких водородных заправочных станций.

Сравнение с другими видами транспортных средств, работающих на альтернативном топливе

Транспортные средства, работающие на водороде, конкурируют с различными предлагаемыми альтернативами современной транспортной инфраструктуре, работающей на ископаемом топливе .

Подключаемые гибриды

Подключаемые гибридные электромобили , или PHEV, - это гибридные автомобили, которые могут быть подключены к электрической сети и содержат электродвигатель, а также двигатель внутреннего сгорания . Концепция PHEV дополняет стандартные гибридные электромобили с возможностью подзарядки своих аккумуляторов от внешнего источника, что позволяет более эффективно использовать электродвигатели транспортного средства при одновременном снижении их зависимости от двигателей внутреннего сгорания. Инфраструктура, необходимая для зарядки PHEV, уже создана, а эффективность передачи электроэнергии от сети к автомобилю составляет около 93%. Однако это не единственная потеря энергии при передаче энергии от сети к колесам. Преобразование переменного / постоянного тока должно происходить из источника переменного тока сети в постоянный ток PHEV. Это примерно 98% эффективности. Затем аккумулятор необходимо зарядить. По состоянию на 2007 год эффективность зарядки / разрядки литий-железо-фосфатной батареи составляла от 80 до 90%. Аккумулятор необходимо охладить. По состоянию на 2009 год «общий КПД от скважины до колес, с которым автомобиль на водородных топливных элементах мог бы использовать возобновляемую электроэнергию, составляет примерно 20%. ... Эффективность от скважины до колес при зарядке бортовой аккумуляторной батареи и последующей ее разрядке для работы электрический двигатель в PHEV или EV, однако, на 80% ... в четыре раза более эффективен, чем современные транспортные средства на водородных топливных элементах ". Исследование, проведенное в декабре 2009 года в Калифорнийском университете в Дэвисе, показало, что в течение своего срока службы PHEV будут выделять меньше углерода, чем современные автомобили, в то время как автомобили на водороде будут выделять больше углерода, чем автомобили с бензиновым двигателем.

Природный газ

Двигатель внутреннего сгорания основанного сжатый природный газа (CNG), HCNG , сжиженный нефтяной газ или СПГ транспортных средства ( природный газ или ТСПГ) использует метан ( природный газ или биогаз ) непосредственно в качестве источника топлива. Природный газ имеет более высокую плотность энергии, чем водород. Газомоторные автомобили, работающие на биогазе, почти не углеродно-нейтральные . В отличие от автомобилей, работающих на водороде, автомобили, работающие на КПГ, доступны уже много лет, и имеется достаточная инфраструктура для обеспечения как коммерческих, так и домашних заправочных станций. К концу 2011 года во всем мире насчитывалось 14,8 миллиона автомобилей, работающих на природном газе. Другой вид использования природного газа - это паровой риформинг, который является обычным способом производства газообразного водорода для использования в электромобилях с топливными элементами.

Полностью электрические автомобили

В статье Technology Review за 2008 год говорилось: «Электромобили - и подключаемые к сети гибридные автомобили - имеют огромное преимущество перед автомобилями на водородных топливных элементах в использовании низкоуглеродной электроэнергии. Это связано с неэффективностью всего процесса заправки водородным топливом, начиная с генерация водорода с помощью этого электричества для транспортировки этого диффузного газа на большие расстояния, получение водорода в автомобиле, а затем пропускание его через топливный элемент - все для того, чтобы преобразовать водород обратно в электричество, чтобы приводить в движение тот же самый электродвигатель, что и вы ». найду в электромобиле ". Термодинамически каждый дополнительный шаг в процессе преобразования снижает общую эффективность процесса.

Сравнение водородных и аккумуляторных электромобилей за 2013 год согласуется с 25% -ной цифрой, полученной Ульфом Босселем в 2006 году, и констатирует, что стоимость аккумуляторной батареи электромобиля «быстро снижается, и разрыв будет увеличиваться еще больше», в то время как «существующих» мало. инфраструктура для транспортировки, хранения и доставки водорода к транспортным средствам, внедрение которой будет стоить миллиарды долларов, розетки для всех домашних хозяйств являются станцией «заправки электромобилей», а «стоимость электроэнергии (в зависимости от источника) ниже как минимум на 75%. чем водород ». К 2018 году стоимость аккумуляторных батарей для электромобилей упала до менее 150 долларов за киловатт-час.

Ранние конструкции электромобилей предлагали ограниченный запас хода, что вызывало беспокойство по поводу дальности полета . Например, Nissan Leaf 2013 года имел запас хода 75 миль (121 км). Более поздние модели электромобилей обычно имеют значительно больший запас хода; Например, Tesla Model S 2020 года имеет запас хода более 400 миль (640 км). Большинство поездок в США составляет 30–40 миль (48–64 км) в день туда и обратно, а в Европе большинство поездок составляет около 20 км (12 миль) туда и обратно.

В 2013 году Джон Свантон из Калифорнийского совета по воздушным ресурсам , который рассматривал электромобили и водородные автомобили как дополнительные технологии, заявил, что электромобили совершили скачок по сравнению с автомобилями на топливных элементах, которые «похожи на электромобили 10 лет назад. Электромобили предназначены для реальных потребителей, Никаких условий. С электромобилями у вас есть много инфраструктуры. Business Insider в 2013 году заметил, что если энергия для производства водорода «не поступает из возобновляемых источников, то автомобили на топливных элементах не так чисты, как кажутся. ... Заправочным станциям необходимо инвестировать в возможность заправки водородных резервуаров до того, как FCEV станут практичными, и маловероятно, что многие сделают это, пока на дорогах так мало клиентов. ... Отсутствие инфраструктуры усугубляется высокой стоимостью технологии. Топливные элементы «по-прежнему очень и очень дороги» даже по сравнению с электромобилями с батарейным питанием.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки