Автомобиль на водороде: Toyota Mirai — водородный автомобиль

Японцы являются главными сторонниками водородного транспорта, и в первую очередь это самый прибыльный в мире производитель автомобилей.Toyota давно предвидела переход к более чистым автомобилям во главе с гибридно-электрическими силовыми агрегатами, пока автомобили на водородных топливных элементах не будут готовы к массовому выпуску в период с 2025 по 2040 год. И через 10 лет после появления современных электромобилей он останется полностью и внутренне противостоят им — строят их в Китае только потому, что этого требует правительство этой страны.

Honda почти так же предана своему делу и фактически предложила первый «серийный» водородный автомобиль еще в 2008 году в виде около 200 седанов Clarity FCX.Преемник этого автомобиля, флагманская модель Clarity Fuel Cell, также используется в качестве основы для малолитражного электромобиля с малым радиусом действия и более производимого подключаемого гибридного автомобиля. Honda только что объявила, что GM построит для нее два отдельных электромобиля, но, похоже, она по-прежнему привержена автомобилям на топливных элементах.

Электромобили понять несложно. Tesla и ее яростные фанаты превратили технологию в стильную, продав 1 миллион электромобилей. А электрическая «заправочная» инфраструктура в большей или меньшей степени уже существует.Так что же такого хорошего в водородных автомобилях?

В конце концов, судьба водородного автомобиля может стать — в глобальном масштабе — изюминкой, которую циники всегда использовали, услышав предсказание: «Водородные автомобили — это технология будущего».

«И так будет всегда».

Джон Фелькер редактировал Green Car Reports в течение девяти лет, опубликовав более 12 000 статей о гибридах, электромобилях и других транспортных средствах с низким и нулевым уровнем выбросов и об энергетической экосистеме вокруг них.Его работы публиковались в печати, в Интернете и на радио, включая Wired, Popular Science, Tech Review, IEEE Spectrum и NPR’s «Все учтено».

Водородные автомобили не обгонят электромобили, потому что им препятствуют законы науки

Водород уже давно рекламируется как будущее легковых автомобилей. Электромобиль на водородных топливных элементах (FCEV), который просто работает на водороде под давлением от заправочной станции, производит нулевые выбросы углерода из своих выхлопных газов.Его можно заправить так же быстро, как эквивалент ископаемого топлива, и он обеспечивает такое же расстояние езды, как и бензин. У него есть некоторая поддержка со стороны тяжеловесов, например, Toyota выпустит Mirai второго поколения в конце 2020 года.

Канадская ассоциация водорода и топливных элементов недавно выпустила отчет, в котором восхваляются водородные автомобили. Среди прочего он сказал, что углеродный след на порядок лучше, чем у электромобилей: 2,7 г углекислого газа на километр по сравнению с 20,9 г.

Тем не менее, я считаю, что водородные топливные элементы — это ошибочная концепция. Я действительно думаю, что водород сыграет значительную роль в достижении нулевых чистых выбросов углерода за счет замены природного газа в промышленном и домашнем отоплении. Но мне сложно понять, как водород может конкурировать с электромобилями, и эта точка зрения была подтверждена двумя недавними заявлениями

В отчете BloombergNEF заключил:

Большая часть рынка легковых автомобилей, автобусов и легких грузовиков, похоже, будет использовать [аккумуляторные электрические технологии], которые являются более дешевым решением, чем топливные элементы.

Volkswagen тем временем сделал заявление, сравнив энергоэффективность технологий. «Вывод очевиден», — заявили в компании. «В случае с легковой машиной все говорит в пользу аккумулятора и практически ничто не говорит в пользу водорода».

Проблема эффективности использования водорода

Причина, по которой водород неэффективен, заключается в том, что энергия должна переходить от провода к газу, чтобы привести автомобиль в действие. Иногда это называют переходом вектора энергии.

Возьмем 100 ватт электроэнергии, производимой возобновляемым источником, например ветряной турбиной. Чтобы привести в действие FCEV, эта энергия должна быть преобразована в водород, возможно, пропуская ее через воду (процесс электролиза). Это около 75% энергоэффективности, поэтому около четверти электроэнергии теряется автоматически.

Произведенный водород необходимо сжимать, охлаждать и транспортировать на водородную станцию, а эффективность этого процесса составляет около 90%. Попав внутрь автомобиля, водород необходимо преобразовать в электричество, что дает 60% эффективности.Наконец, эффективность электричества, используемого в двигателе для движения автомобиля, составляет около 95%. В совокупности используется только 38% первоначальной электроэнергии — 38 ватт из 100.

В электромобилях энергия проходит по проводам от источника до автомобиля. Те же 100 Вт мощности от той же турбины теряют около 5% КПД при прохождении через сеть (в случае с водородом, я предполагаю, что преобразование происходит на месте, на ветряной электростанции).

Вы теряете еще 10% энергии из-за зарядки и разрядки литий-ионного аккумулятора, плюс еще 5% из-за использования электричества для движения автомобиля. Таким образом, вы снизились до 80 Вт, как показано на рисунке напротив.

Другими словами, водородный топливный элемент требует вдвое больше энергии. Цитируя BMW: «Таким образом, общий КПД в энергетической цепочке от двигателя к автомобилю составляет лишь половину от уровня [электромобиля].”

Своп магазины

На дорогах ездят около 5 миллионов электромобилей, и их продажи стремительно растут. Это в лучшем случае всего около 0,5% от общемирового показателя, хотя по-прежнему находится в другой лиге, чем водород, который к концу 2019 года достиг примерно 7500 продаж автомобилей по всему миру.

Hydrogen по-прежнему имеет очень мало заправочных станций, и их строительство вряд ли станет приоритетом во время пандемии коронавируса, но энтузиасты в долгосрочной перспективе указывают на несколько преимуществ перед электромобилями: водители могут заправляться намного быстрее и ездить гораздо дальше на каждый бак ».Как и я, многие люди по этим причинам не хотят покупать электромобиль.

Китай, где продажи электромобилей превышают один миллион в год, демонстрирует, как можно решить эти проблемы. Инфраструктура строится для того, чтобы владельцы могли быстро заехать на АЗС и поменять батареи. NIO, производитель автомобилей из Шанхая, заявляет, что замена на этих станциях составляет три минуты.

Китай планирует построить большое количество из них.BJEV, дочерняя компания производителя электромобилей BAIC, инвестирует 1,3 миллиарда евро (1,2 миллиарда фунтов стерлингов) в строительство 3000 станций зарядки аккумуляторов по всей стране в ближайшие пару лет.

Это не только ответ на «опасения по поводу дальности» потенциальных владельцев электромобилей, но и их высокая стоимость. Аккумуляторы составляют около 25% средней продажной цены электромобилей, что все еще несколько выше, чем у бензиновых или дизельных эквивалентов.

Используя концепцию подкачки, аккумулятор можно было сдавать в аренду, причем часть стоимости свопа приходилась на плату за аренду.Это снизило бы стоимость покупки и стимулировало бы общественный интерес. Сменные батареи также можно заряжать, используя излишки возобновляемой электроэнергии, что является огромным положительным фактором для окружающей среды.

По общему признанию, эта концепция потребует определенной степени стандартизации в технологии аккумуляторов, которая может не понравиться европейским производителям автомобилей. Тот факт, что аккумуляторные технологии вскоре позволят приводить автомобили в движение на расстояние в миллион миль, может сделать бизнес-модель более привлекательной.

Может не работать с более тяжелыми транспортными средствами, такими как фургоны или грузовики, поскольку им нужны очень большие батареи.Здесь водород действительно может оказаться на первом месте — как и предсказывает BloombergNEF в своем недавнем отчете.

Наконец, несколько слов о заявлениях о выбросах углерода из отчета Канадской ассоциации водорода и топливных элементов, о котором я упоминал ранее. Я проверил источник статистики, который показал, что они сравнивали водород, полученный из возобновляемой электроэнергии, с электромобилями, работающими на электричестве из ископаемого топлива.

Если бы оба были заряжены с использованием возобновляемой электроэнергии, углеродный след был бы одинаковым.Первоначальный отчет финансировался отраслевым консорциумом h3 Mobility, так что это хороший пример того, что нужно быть осторожным с информацией в этой области.

Что такое водородный автомобиль и как он работает?

Водородные автомобили используют водородное топливо в качестве источника энергии. Хотя эта технология используется для ракет и других транспортных средств, похоже, что в будущем она окажет наибольшее влияние на автомобили.

Химическая энергия водорода преобразуется в механическую посредством реакции РЕДОКС (восстановления / окисления) между водородом и кислородом в специально разработанном топливном элементе.

Производство водорода

Поскольку водород не содержится в резервуарах или природных месторождениях, как в случае ископаемого топлива, его необходимо производить из природного газа или биомассы или подвергать электролизу из воды. Одним из преимуществ водородной энергетики является снижение выбросов парниковых газов, особенно когда газ производится с использованием возобновляемой электроэнергии для преобразования воды в водород.

Хотя водород можно производить из ископаемого топлива, такого как природный газ, это приводит к выбросам парниковых газов, тем самым устраняя или сводя к минимуму экологические преимущества. Таким образом, возобновляемые источники энергии, кажется, являются ответом, например, в Исландии, где геотермальная энергия используется для производства водорода, или в Дании, где используется энергия ветра.

Как работают водородные топливные элементы?

Водородный топливный элемент преобразует потенциальную химическую энергию в электрическую с помощью протонообменной мембраны (PEM), в которой используется газообразный водород (h3) и кислород (O2).Однако, поскольку кислород легко доступен в атмосфере, топливный элемент необходимо снабжать только водородом, необходимым для питания транспортного средства.

Водородные топливные элементы состоят из отрицательно заряженного катода и положительно заряженного анода, которые контактируют с электролитом. Электролит — это протонообменная мембрана, специально обработанный материал. Газообразный водород поступает в топливный элемент со стороны анода и под давлением проходит через катализатор. PEM проводит только положительно заряженные ионы, блокируя электроны.Анод проводит электроны, освобожденные от молекул водорода, через внешнюю цепь. Эти электроны обеспечивают питание электродвигателя, лампочек и т. Д.

Между тем, кислород проходит через катализатор со стороны катода, где отрицательный заряд атомов притягивает атомы водорода, проталкиваемые через внешнюю цепь, прежде чем ионы водорода и кислород рекомбинируют с образованием воды.

Следующее уравнение водородного топливного элемента показывает процесс:

O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^— → 2H ₂ O

2H ₂ → 4H ⁺ + 4e ^—

2H ₂ + O ₂ → 2H ₂ O (чистая реакция)

Водородные топливные элементы различаются, и для их изготовления используются разные материалы, в основном наночастицы платины.Эти наночастицы обращены к PEM, а катализатор является шероховатым и пористым, чтобы подвергать максимальную площадь поверхности воздействию водорода или кислорода.

Топливные элементы помещены вместе в штабели. Стеклопакеты встроены в модуль, включающий аппаратное и программное обеспечение для управления топливом, водой и воздухом, а также для управления охлаждающей жидкостью.

Преимущества и недостатки водородных топливных элементов

Водородные топливные элементы обладают как преимуществами, так и недостатками по сравнению с традиционными двигателями. Топливные элементы не только более надежны из-за отсутствия движущихся частей, но и более эффективны.Эта более высокая эффективность обусловлена ​​тем, что химическая потенциальная энергия преобразуется непосредственно в электрическую энергию, а не в том, что ее нужно сначала преобразовать в тепло, а затем снова для механической работы, что известно как «тепловое узкое место». чище, чем традиционные двигатели, поскольку они выделяют только воду и немного тепла, а не множество парниковых газов, связанных с традиционными двигателями внутреннего сгорания.

Однако существует ряд проблем с водородными топливными элементами, в том числе их дороговизна в производстве.В первую очередь это связано с расходом редких веществ, таких как платина, необходимых для катализатора. Самые ранние конструкции топливных элементов также изо всех сил пытались работать при низких температурах, но более поздние модификации технологии гарантировали, что теперь эта проблема решена. Срок службы топливных элементов теперь сопоставим со сроком службы других транспортных средств, при этом ожидается, что срок службы топливных элементов составляет 7300 часов в условиях езды на велосипеде.

Прочтите наше полное руководство по плюсам и минусам водородных топливных элементов здесь

Хранение водорода

Были высказаны опасения по поводу хранения водорода в самих автомобилях.После закачки в автомобиль газ удерживается в баллоне высокого давления, что заставляет некоторых беспокоиться о безопасности хранения легковоспламеняющегося газа в автомобиле. Однако все автомобили, представленные на рынке, должны проходить строгие испытания на безопасность.

Что касается транспортировки, то были проведены исследования, связанные с использованием аммиачного борана, соединения для хранения водорода, из которого водород может быть отделен с помощью мембраны. Это дает преимущества при транспортировке, поскольку аммиак легче хранить в цистернах, чем чистый водород.

Помимо топливных баков транспортных средств и транспортных проблем, водород необходимо хранить на водородных заправочных станциях. Низкая энергия воспламенения в сочетании с высокой энергией сгорания водорода и тот факт, что газ имеет тенденцию вытекать из резервуаров, привели к взрывам на водородных заправочных станциях. Опять же, это очевидный фактор, который необходимо решить перед широким использованием водородных транспортных средств.

Водородная инфраструктура

Чтобы сделать автомобили на водородных топливных элементах транспортом будущего, существует реальная потребность в улучшении инфраструктуры вокруг транспортных средств.Это повлечет за собой увеличение числа мировых и британских водородных заправочных станций, которые необходимо будет либо поставлять с помощью прицепов со сжатым водородом, автоцистерн для жидкого водорода, водородных трубопроводов, либо, в качестве альтернативы, использовать какую-либо форму специального производства на месте. Создание этой инфраструктуры, отвечающей потребностям потребителя, может оказаться дорогостоящим, даже несмотря на то, что некоторые предлагают создание домашних водородных заправочных станций.

Нормы и стандарты

Еще одним фактором, который может задержать широкое использование водорода, являются необходимые нормы и стандарты безопасности и хранения газа.Их необходимо будет разработать для различных водородных электромобилей в разных странах.

Стоимость и производство автомобилей

Автомобили с водородным двигателем в настоящее время дороги для покупки, и первыми на рынке появятся Toyota Mirai, Hyundai Nexo и Honda Clarity. Текущие затраты не только могут превышать начальную цену около 50 000 фунтов стерлингов, но и темпы производства этих автомобилей все еще относительно низки, что означает потенциально долгое ожидание после размещения заказа на автомобиль.Однако по мере того, как все больше компаний стремятся выйти на рынок автомобилей с водородными топливными элементами, со временем цены должны начать падать, как в случае с большинством новых технологий.

Какие плюсы и минусы?

Плюсы:

• Более дешевый налог
  Подобно автомобилям с электрическим приводом и гибридным автомобилям, автомобили на водородных топливных элементах относятся к «автомобилям со сверхнизким уровнем выбросов», что означает, что они относятся к группе с низким налогом. Кроме того, отсутствие выбросов CO2 означает, что владельцам не придется платить акциз на транспортные средства (дорожный налог) — помимо небольшой ежегодной надбавки за автомобили стоимостью более 40 000 фунтов стерлингов в течение первых пяти лет.
• Плата за перегрузку
  Тем, кто едет в центр Лондона или другие районы с платой за заторы, не нужно платить, если они управляют транспортным средством на топливных элементах.
• Окружающая среда
  Как уже упоминалось, отсутствие вредных выбросов означает, что автомобили на водородных топливных элементах менее вредны для окружающей среды. Это преимущество должно определяться тем, как производится водород, причем наиболее подходящими являются возобновляемые источники энергии. Однако даже там, где ископаемое топливо используется для производства водорода, оно по-прежнему производит меньше вредных выбросов, чем сжигание бензина или дизельного топлива.Кроме того, водородные автомобили позволяют избежать проблем с окружающей средой, связанных с добычей бензина или дизельного топлива для традиционных двигателей внутреннего сгорания.
• Диапазон
  Беспокойство о запасе хода стало фактором для электромобилей, даже с новыми технологиями, которые значительно сокращают время зарядки. Однако вряд ли это будет такой проблемой для водородных автомобилей, которые могут преодолевать 300 миль с одного бака.

Минусы:

• Заправка
  В настоящее время существует очень мало станций заправки водородом, поэтому заправка вашего автомобиля является реальной проблемой прямо сейчас.Однако правительство Великобритании создало многомиллионный фонд для улучшения инфраструктуры заправки для поддержки новой технологии, а это означает, что заправка не должна быть такой проблемой в будущем.
• Эксплуатационные расходы
  Помимо поиска места для заправки, существуют также опасения по поводу расходов на топливо. Поскольку водород в настоящее время дороже бензина или дизельного топлива, запуск водородного автомобиля может нанести ущерб потребителям, по крайней мере, на данный момент.
• Топливные баки
  Как упоминалось в разделе о хранении водорода (выше), существуют некоторые опасения по поводу безопасности движения с баком, полным легковоспламеняющегося газообразного водорода.Несмотря на то, что он легко воспламеняется, бензин тоже, а резервуары, используемые для водорода, были спроектированы так, чтобы быть особенно прочными. Хотя это увеличивает вес и стоимость транспортных средств, они должны соответствовать стандартам безопасности, прежде чем поступать в продажу, а это означает, что это не должно быть проблемой.

Улучшения технологий и инфраструктуры водородных транспортных средств

Многие негативные моменты водородных автомобилей можно решить с помощью инвестиций в инфраструктуру и технологии.Выделенные заправочные станции для водорода дороже, чем установка зарядных станций для электромобилей, и, если не увеличится использование водородных транспортных средств, эти инвестиции вряд ли получат поддержку. Это создает что-то вроде ситуации уловки-22, когда инфраструктура необходима для поддержки использования водородных транспортных средств, но без использования водородных транспортных средств потребность в инфраструктуре может быть отброшена как ненужная. Тем не менее, правительство Великобритании и ЕС уже поддерживают инициативу по увеличению количества доступных водородных заправочных станций.

Технологии, управляющие самими транспортными средствами, также будут улучшаться со временем, и эта технология также будет удешевляться по мере увеличения запаса хода для водородных автомобилей. Более низкие затраты, повышенная эффективность и большая вспомогательная инфраструктура — все это будет способствовать росту доверия потребителей и увеличению спроса на водородные автомобили в будущем.

Различия между автомобилями на топливных элементах и ​​электромобилями

В то время как традиционный двигатель внутреннего сгорания, похоже, уйдет в прошлое, автомобили на водородных топливных элементах сталкиваются с жесткой конкуренцией со стороны других электромобилей.

В то время как электромобили на аккумуляторных батареях и автомобили на водородных топливных элементах обеспечивают вождение без выбросов, автомобили с аккумуляторным питанием могут использовать существующую инфраструктуру для подзарядки, хотя их необходимо подключать к сети на более длительные периоды времени, и у них все еще есть вопросы по дальности.

Вопрос в том, какие технологии могут решить их конкретные проблемы и стать предпочтительным видом транспорта в будущем.

водородных автомобилей: все, что вам нужно знать | RACV @ Home

Заправочные станции водородом могут быть автономными объектами, такими как станции зарядки аккумуляторных электромобилей, или могут располагаться внутри обычной заправочной станции.Водородные топливные насосы похожи на зарядные устройства для электромобилей.

В настоящее время в Австралии есть только одна постоянная водородная заправка — в штаб-квартире Hyundai в Сиднее. У Toyota есть мобильный заправочный насос для своего автопарка Mirais, но в настоящее время компания строит водородный центр стоимостью 7,4 миллиона долларов на своей бывшей производственной площадке в Альтоне, где будет заправочная станция.

Первая в Австралии государственная заправочная станция водородом должна открыться в Канберре до конца года для обслуживания флота Nexos.В рамках партнерства между правительством ACT, ActewAGL и разработчиком возобновляемых источников энергии Neoen водород будет создаваться на месте путем электролиза с использованием городской воды и электроэнергии из сети, производимой из 100% возобновляемых источников энергии.

Дополнительные общественные заправочные станции запланированы в Сиднее, Квинсленде, Южной Австралии, Западной Австралии и Тасмании.

Подходит ли водородная технология для большегрузных автомобилей?

Многие представители отрасли считают водород более подходящим вариантом для тяжелых коммерческих автомобилей и транспорта.Старший менеджер Hyundai Australia по будущей мобильности и связям с государственными органами Скотт Наргар предсказывает, что все, что сегодня работает на бензине, в будущем будет работать от аккумуляторных батарей, в то время как все, что сегодня работает на дизельном топливе, в один прекрасный день будет работать на водороде. Таким образом, большинство легковых автомобилей и внедорожников в конечном итоге будут работать от аккумуляторных батарей, а легкие и тяжелые коммерческие автомобили будут работать на водороде. Hyundai, Toyota / Hino, Kenworth, Daimler / Volvo и американский стартап Nikola находятся на разных стадиях разработки водородных грузовиков.

Скотт объясняет, что водородные топливные элементы лучше подходят для питания тяжелых нагрузок. «Если вы везете большие массы в грузовики и автобусы, вам нужно, чтобы они быстро заправлялись. Водородный автобус заправляется 50 килограммами водорода за 10 минут. Электрический автобус с зарядным устройством будет работать намного дольше. Кроме того, батареи занимают много места и веса. Говорят, что для того, чтобы сделать то, что делает обычный грузовик, требуется семь тонн аккумуляторов в грузовике ».

Сколько стоят автомобили с водородным двигателем и стоят ли они своих денег?

Это все еще немного неизвестно, учитывая, что цены на Mirai или Nexo недоступны.Обе модели продаются по цене около 66 000 фунтов стерлингов в Соединенном Королевстве и 66 000 долларов США в США, что равняется 118 000 и 84 000 австралийских долларов соответственно.

Toyota еще не объявила, сколько будет стоить дозаправка на своей будущей станции, а ActewAGL заявляет, что долгосрочные эксплуатационные расходы водородных заправочных станций станут одним из ключевых результатов проекта Канберры.

В США заправка автомобиля на водороде стоит около 16 долларов США за килограмм (23 австралийских доллара), что эквивалентно примерно 138 австралийским долларам, чтобы заправить 6 единиц Nexo.3-х килограммовый бак. Это немного больше, чем подзарядка обычного электромобиля с батарейным питанием (до 25 долларов на общественной зарядной станции для Hyundai Kona Electric) или заправка большого бензинового внедорожника Santa Fe (около 85 долларов).

Конечно, цены упадут, если возьмет водород и автомобили станут более популярными. Исследование Калифорнийской энергетической комиссии показало, что к 2025 году цены на водород могут упасть примерно до уровня бензина.

Что эффективнее? Водород или аккумулятор?

Но есть и эмоциональные проблемы: боязнь дальнего боя и быстрая зарядка.Авторы исследования убеждены, что обе эти проблемы будут решены и больше не будут препятствовать распространению электромобилей в фазе тяги с 2023/2025. Дальность действия увеличится, больше точек зарядки, в том числе точек быстрой зарядки, сведут к минимуму страх оказаться в затруднительном положении. Наконец, обсуждается фактическая экономия CO ₂ : поскольку электричество, используемое для производства электронных автомобилей, все еще «грязное», по крайней мере, не везде зеленое, у электронного автомобиля сегодня есть сравнительно большой «рюкзак», когда он производится.Исследования показывают, что он экономит больше CO ₂ , чем двигатель внутреннего сгорания, после более 100 000 километров пробега (производство и эксплуатация). Согласно исследованию, это тоже изменится в пользу электромобилей в ближайшие несколько лет: больше зеленой электроэнергии при производстве электромобилей и аккумуляторов постепенно уменьшит размер этого «первоначального рюкзака», а электромобиль позволит сэкономить больше. CO ₂ , быстрее. Компания Horváth & Partners также столкнулась с критикой многих сторонников водорода за то, что следует принимать во внимание так называемое темное затишье при работе от батарей.Темное затишье означает время, когда электричество не может вырабатываться из-за темноты и / или спокойствия. Для этого к соответствующему дополнительному требованию была добавлена ​​первичная потребность батареи в энергии.

Остается самая интересная часть исследования: какая энергия имеет лучшую эффективность и является наиболее рентабельной для вождения электронных автомобилей? Аккумуляторная или водородная работа?
В электромобилях с батарейным питанием только восемь процентов энергии теряется во время транспортировки, прежде чем электричество накапливается в батареях транспортных средств.Когда электрическая энергия, используемая для привода электродвигателя, преобразуется, теряется еще 18 процентов. Это дает электромобилю с батарейным питанием уровень эффективности от 70 до 80 процентов, в зависимости от модели.

В случае электромобиля, работающего на водороде, потери значительно больше: 45 процентов энергии уже теряется при производстве водорода путем электролиза. Из оставшихся 55 процентов первоначальной энергии еще 55 процентов теряется при преобразовании водорода в электричество в автомобиле.Это означает, что электромобиль с водородным двигателем обеспечивает КПД только от 25 до 35 процентов, в зависимости от модели. Для полноты: при сжигании альтернативных видов топлива эффективность еще хуже: всего 10-20 процентов от общей эффективности.

«Помимо очень реального потенциала зеленого водорода, в настоящее время существует опасная шумиха», — предупреждают эксперты консалтинговой компании Boston Consulting Group (BCG) в новом исследовании, цитируемом Handelsblatt. Исследование Horváth & / Partners также пришло к таким же выводам.

Авторы исследования пришли к выводу, что вместо того, чтобы тратить миллиарды на создание водородного общества, инвестиции в эту многообещающую технологию должны быть сосредоточены на приложениях, в которых они также имеют экономический смысл. «Мы считаем, что есть большой потенциал, если зеленый водород будет продвигаться в приложениях, в которых он действительно может стать популярным в долгосрочной перспективе. Прежде всего, в промышленности, но также в сфере тяжелых грузов, воздушных и морских перевозок », — говорит Фрэнк Клозе, соавтор исследования.

Вывод очевиден: электромобили на топливных элементах имеют много преимуществ (запас хода, быстрая заправка, отсутствие тяжелой батареи на борту), но один решающий недостаток: они сравнительно неэффективны — как с точки зрения эффективности, так и с точки зрения стоимости.«Ни одна устойчивая экономика не может позволить себе использовать вдвое больше возобновляемой энергии для управления автомобилями на топливных элементах вместо автомобилей с батарейным питанием», — говорит Дитмар Фоггенрайтер, руководитель исследования. Водород можно было использовать только в нишах, в грузовиках и автобусах и на большие расстояния. Вес аккумулятора, запас хода и время заправки играют здесь решающую роль. Она резко возрастает с увеличением емкости, что делает аккумуляторы неинтересными даже для грузовиков. Кроме того, существующие автозаправочные станции могут быть преобразованы в сеть водородных заправочных станций с управляемыми усилиями из-за их меньшего количества.

И что от этого получает потребитель? Совершенно очевидно, что водородные электромобили будут становиться все более дорогими в управлении, чем автомобили с батарейным питанием, не только с точки зрения покупки, но и, прежде всего, с точки зрения эксплуатации. Двойная потребность транспортных средств с водородным двигателем в первичной энергии по сравнению с автомобилями с батарейным питанием будет отражена в потребительских ценах. Водители уже платят от девяти до двенадцати евро за 100 километров за автомобили, работающие на водороде, но только от двух до семи евро за 100 километров (в зависимости от цен на электроэнергию в отдельных странах) за электромобили с батарейным питанием, в зависимости от индивидуальных особенностей. привычки к мобильности.

Это должно прояснить, что большинство потребителей будут покупать в будущем ….

Horváth & Partners даже приняли во внимание критику многих сторонников водорода за то, что следует учитывать так называемый период темного затишья. Темное затишье означает время, когда электричество не может вырабатываться из-за темноты и / или безветрия. Для этого к соответствующему дополнительному требованию была добавлена ​​первичная потребность батареи в энергии.

MAZDA: водородные автомобили | Экологические технологии

Водородный роторный двигатель чрезвычайно экологичен и идеально подходит для общества, в котором люди могут продолжать наслаждаться вождением Zoom-Zoom, заботясь о Земле

Водородный роторный двигатель

Водородный роторный двигатель Mazda, основанный на нашей уникальной технологии роторного двигателя, но адаптированный для использования водорода в качестве топлива, не выделяет CO2 и обеспечивает превосходные экологические характеристики.
Поскольку для роторного двигателя потребовалось всего несколько изменений конструкции, чтобы он мог работать на водороде, Mazda смогла построить автомобили с роторным двигателем, работающие на водороде, по низкой цене. Кроме того, двухтопливная система позволяет автомобилю работать как на бензине, так и на водороде. Водителю не нужно беспокоиться о нехватке водорода, что делает автомобиль удобным, потому что он может путешествовать на большие расстояния в районы, где нет водородных станций.

В водородном роторном двигателе RENESIS используется прямой впрыск с инжектором газообразного водорода с электронным управлением.Эта система всасывает воздух из бокового порта и впрыскивает водород непосредственно во впускную камеру с помощью инжектора газообразного водорода с электронным управлением, установленного в верхней части корпуса ротора. Технология, проиллюстрированная ниже, полностью использует преимущества роторного двигателя в достижении сгорания водорода.

Схема водородного роторного двигателя RENESIS

Посмотреть видео, показывающее движение водородного роторного двигателя

1 RE Характеристики, подходящие для сжигания водорода — естественное подавление обратного пламени —

При практическом применении водородных двигателей внутреннего сгорания предотвращение так называемого обратного воспламенения (преждевременного воспламенения) является серьезной проблемой.Возгорание — это возгорание, вызванное контактом топлива с горячими частями двигателя во время процесса впуска. В поршневых двигателях процессы впуска, сжатия, сгорания и выхлопа происходят в одном месте — внутри цилиндров. В результате свечи зажигания и выпускные клапаны достигают высокой температуры из-за высокой температуры сгорания, и процесс впуска становится склонным к обратному воспламенению.

Напротив, конструкция RE не имеет впускных и выпускных клапанов, а низкотемпературная впускная камера и высокотемпературная камера сгорания разделены.Это обеспечивает хорошее сгорание и помогает избежать возгорания.

Кроме того, RE поощряет тщательное смешивание водорода и воздуха, поскольку продолжительность процесса впуска больше, чем в поршневых двигателях.

2 Комбинированное использование прямого впрыска и предварительного смешивания

Для достижения высокой производительности в режиме водородного топлива применяется система прямого впрыска путем установки инжектора газообразного водорода с электронным управлением в верхней части корпуса ротора.Конструктивно RE имеет значительную свободу расположения форсунок, поэтому хорошо подходит для прямого впрыска.

Кроме того, на впускной трубе установлен газовый инжектор для предварительного смешивания, позволяющий использовать комбинированный прямой впрыск и предварительное смешивание в зависимости от условий движения. Это обеспечивает оптимальное сгорание водорода.

В режиме бензинового топлива топливо подается от той же бензиновой форсунки, что и в стандартном бензиновом двигателе.

3 Принятие сжигания обедненной смеси и EGR

Сжигание обедненной смеси и рециркуляция выхлопных газов (EGR) используются для снижения выбросов оксидов азота (NOx).NOx в основном снижается за счет сжигания обедненной смеси на низких оборотах двигателя, а также за счет рециркуляции отработавших газов и трехкомпонентного катализатора на высоких оборотах двигателя. Трехкомпонентный катализатор такой же, как и в базовой модели. Оптимальное и надлежащее использование сжигания обедненной смеси и системы рециркуляции отработавших газов обеспечивает достижение как высокой производительности, так и низкого уровня выбросов.

4 Двухтопливная система

Когда в системе заканчивается водородное топливо, она автоматически переключается на бензин. Для большего удобства водитель также может вручную переключать топливо с водорода на бензин нажатием кнопки.

Транспортные средства с водородным роторным двигателем

Premacy Hydrogen RE Hybrid сочетает в себе водородный роторный двигатель Mazda с гибридной системой для значительного повышения производительности и практичности.

Premacy Hydrogen RE Hybrid унаследовал двухтопливную систему от Mazda RX-8 Hydrogen RE и сочетает ее с недавно разработанной гибридной системой для значительного улучшения ходовых характеристик и практичности.Гибрид Premacy Hydrogen RE предоставляется в аренду государственным органам и компаниям в Японии с марта 2009 года.

Компоновка Premacy Hydrogen RE Hybrid

Усовершенствованный водородный силовой агрегат RE воплощает волнение и мощь Zoom-Zoom!

Premacy Hydrogen RE Hybrid производит примерно на 40 процентов больше мощности, чем Mazda RX-8 Hydrogen RE, что приводит к значительному ускорению.Это также улучшает экономию топлива. Сердце автомобиля — водородный роторный двигатель — переключается с продольной на поперечную компоновку. Уменьшенное сопротивление впуску / выпуску двигателя и улучшенная эффективность сгорания обеспечивают высокую выходную мощность в широком диапазоне оборотов двигателя.
Гибридная система эффективно преобразует энергию сгорания водорода в электричество, которое приводит в движение колеса с помощью электродвигателя. Эта установка чрезвычайно энергоэффективна и обеспечивает исключительную реакцию автомобиля.В результате водители наслаждаются низким расходом топлива, а также ощущением непосредственности и мощной ездой, а также запасом хода 200 километров на водородном топливе. Для еще большего запаса хода модель оснащена двухтопливной системой Mazda, которая позволяет автомобилю работать как на бензине, так и на водороде. Будучи Premacy, он также более удобен в использовании, чем RX-8 Hydrogen RE, предлагая большее грузовое пространство и места для пяти взрослых.

Посмотрите видео, показывающее, как работает водородный роторный двигатель

«Mazda Premacy Hydrogen RE Range Extender EV» на основе «Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid».Он включает в себя подключаемую систему, большую высоковольтную батарею и двигатель с улучшенным тепловым КПД.

Совершенный «зеленый» автомобиль, обеспечивающий непревзойденный баланс удовольствия от вождения и экологичности

Mazda RX-8 Hydrogen RE, разработанная и введенная в продажу Mazda, является первой в мире практической реализацией транспортного средства с водородным роторным двигателем. Без ущерба для ощущения крутящего момента и ускорения, а также без ущерба для выхлопа, характерного для двигателей внутреннего сгорания, он не выделяет CO2 и почти не выделяет NOx, что делает его идеальным «зеленым» автомобилем.В Японии автомобиль был предложен в аренду местным органам власти и предприятиям с 2006 года, а в 2008 году Mazda начала участвовать в норвежском проекте водородной магистрали HyNor.

Упаковка

Вместимость базового автомобиля — четыре взрослых человека, с двумя водородными баками, установленными в багажнике. Резервуары находятся под давлением 35 МПа, что является действующим национальным стандартом для водородных заправочных станций.