Транспорт майбутнього – водневий електромобіль

Привіт, ми з України!
Сьогодні 7 травня — 73-й день повномасштабного вторгнення росії в Україну. Військові РФ продовжують спроби наступу на сході та півдні України, обстрілюють інфраструктурні об’єкти та житлові будинки. Попри це, як би не було важко президент — Володимир Зеленський, ВРУ і КМУ з вірою у перемогу дивляться у майбутнє, щоб задіяти план відновлення України від наслідків воєнної агресії росії.

Тому, президент ще місяць тому закликали європейські країни взяти патронат над пошкодженими українськими містами. А сьогодні Велика Британія зобов’язалась підтримати відновлення Київської області, Данія – Миколаїв, Греція – Одесу. «Це хороший початок. Але є Харків, Суми, Чернігів, які все ще потребують вашої допомоги, так само як сотні міст і містечок по всій Україні», – сказав Прем’єр-міністр Денис Шмигаль

Серед багатьох напрямків відбудови інфраструктури нашої країни, особливе значення приділяється транспорту, на який буде покладено дуже багато навантаження. І мабуть треба розуміти, що саме транспорт повинен бути економічним і екологічним, і відповідати вимогам транспорту майбутнього.
Давайте разом з компанією Хабр ще раз пройдемо по визначенню такого транспорту – водневого електромобіля, в частині використання пального — водню і паливних елементів.

Говорячи про електромобілі, більшість людей думають про транспортні засоби, які живляться електрикою від розетки та мають велику батарею. Існує ще одна технологія приводу, на яку покладають великі надії експерти, наприклад паливний елемент, що працює на водні.

Як працює водневий привід?

Водневі автомобілі рухаються електродвигуном. Саме тому вони також є електричними автомобілями. Поширена абревіатура — FCEV «Електромобіль на паливному елементі».

Вирішальна відмінність від інших електромобілів те, що автомобілі на водні виробляють власну електрику, а не отримують енергію від вбудованої батареї, як у випадку із повністю електричними або гібридними автомобілями, які можна заряджати від зовнішнього джерела живлення. Водневі автомобілі мають на борту, так би мовити, ефективну власну силову установку. І ця силова установка – паливний елемент.

У паливному елементі електрична енергія виробляється із водню та кисню. Залежно від вимог, ця енергія подається на електродвигун та/або акумулятор.
Brennstoffzelle – паливний елемент, Batterie – акумулятор, Wasserstoff-Tank – водневий балон, Elektromotor – електромотор, Tankstutzen – сопло бака.

Щоб зрозуміти, як працюють водневі автомобілі, ми спочатку повинні з’ясувати, що таке водень насправді.

Водень H2 – безбарвний газ без запаху. Він не зустрічається у природі у вигляді чистого газу, а завжди утворює сполуки з іншими речовинами, такими як кисень або вуглець. Він нежиттєздатний сам по собі, так би мовити, і завжди потребує партнера.

Що відбувається у паливному елементі?

У паливний елемент водень надходить із балона і робить те, що завжди робить у природі – шукає партнера. Так як крім нього в системі є тільки повітря, він бере в якості партнера по з’єднанню кисень з повітря.

В результаті реакції виходить електрична енергія, тепло та вода (H₂O).

Залежно від того, що потрібно в конкретній ситуації водіння, електрика, що виробляється паливним елементом, йде двома шляхами: воно надходить до електродвигуна і безпосередньо рухається автомобіль. Або воно заряджає акумулятор, який служить буфером, доки енергія не знадобиться для приводу. Ця так звана буферна батарея за продуктивністю значно менша і, отже, легша, ніж батарея повністю електричного автомобіля, оскільки вона постійно живиться від паливного елемента.

Вода ж викидається через вихлопні гази як водяної пари. Таким чином, водневий автомобіль не має шкідливих викидів.

Як і інші електричні автомобілі водневі автомобілі можуть відновлювати енергію гальмування. Електродвигун перетворює кінетичну енергію автомобіля назад в електричну енергію та подає її в буферну батарею.
Плюси та мінуси водневих автомобілів

Переваги та недоліки приводної техніки можна розглядати з двох основних точок зору: з погляду користувача та з точки зору захисту навколишнього середовища. Якщо технологія зарекомендувала себе як альтернатива двигуну внутрішнього згоряння, вона має бути зручною для користувача та значно скорочувати викиди забруднюючих речовин.

Переваги для користувачів:

Водневі автомобілі живляться виключно від електрики. Відчуття від керування аналогічні відомим електромобілям. Майже повна відсутність шуму двигуна та імпульсивного прискорення, оскільки електродвигуни забезпечують повний момент, що крутить, навіть на малих швидкостях.

Найважливіша перевага – короткий час заправки. Залежно від зарядної станції та ємності акумулятора, для повного заряджання повністю електричних транспортних засобів в даний час потрібно від 30 хвилин до декількох годин. Водневий бак автомобіля на паливних елементах заправляється менш як за п’ять хвилин. Це ставить зручність автомобіля для клієнтів на рівень звичайного автомобіля.

Ще одна велика перевага зараз у порівнянні з суто електричними автомобілями — автомобілі на водні мають більший запас ходу. Повного водневого бака вистачає приблизно 500 кілометрів пробігу. Автомобілі з батарейним живленням досягають цього значення з дуже великими батареями, що, у свою чергу, призводить до збільшення ваги автомобіля та збільшення часу заряджання.

Запас ходу водневого автомобіля не залежить від температури зовнішнього повітря, тому воно не погіршується в холодну погоду.

Поточні недоліки для користувачів:

Найбільший недолік водневих автомобілів на даний момент – мало варіантів дозаправки. Водень заправляється на спеціальних колонках, які, мабуть, у майбутньому з’являться на звичайних заправках. Проте нині існує дуже мало водневих заправних станцій. На кінець 2019 року у Німеччині налічувалося близько 100 АЗС, а у США – близько 40.

Щоб прискорити розширення інфраструктури, принаймні у Німеччині, виробники транспортних засобів, такі як BMW, об’єднали зусилля з виробниками водню та операторами заправних станцій у рамках ініціативи Партнерство у галузі чистої енергії. Планується розширити мережу заправних станцій до 130 у 2022 році. Це дозволить експлуатувати близько 60 тисяч водневих автомобілів на дорогах Німеччини. За відповідного збільшення кількості автомобілів наступним етапом стане 400 заправних станцій до 2025 року. Також необхідно встановити більше заправних станцій в інших країнах.

Читайте також: Водневий двигун для компанії toyota

Скільки коштує водневий автомобіль та чому?

Крім рідкісної мережі заправок є ще одна причина все ще низького попиту на водневі автомобілі: їх порівняно висока ціна. Декілька моделей з приводом на паливних елементах, які вже доступні на ринку, коштують близько 70 000 євро за автомобіль середнього або вищого класу. Це робить їх майже вдвічі дорожче, ніж порівняно чисто електричні або гібридні автомобілі.

Є багато причин, з яких водневі автомобілі в даний час ще дорогі. Крім невеликих обсягів та відсутності індустріалізації у виробництві, грає роль та попит на платину. Дорогоцінний метал є каталізатором у виробництві електроенергії. Проте кількість платини, необхідної для автомобільних паливних елементів, значно скоротилася.

Ще одна причина високої ціни: водневі автомобілі, як правило, є більшими транспортними засобами. Тому що водневий бак чи баки займають багато місця. З іншого боку, чисто акумуляторний електропривод також підходить для маленького автомобіля. Ось чому класичні електромобілі є у всіх сегментах транспортних засобів.

Крім витрат на придбання, експлуатаційні витрати відіграють важливу роль у рентабельності технології приводу. У випадку водневого автомобіля вони залежать не в останню чергу від ціни на паливо. Кілограм водню нині коштує 9,50 євро у Німеччині та близько 14 доларів у США. Автомобіль на паливних елементах може проїхати близько 100 км на одному кілограмі водню.
Це означає, що вартість кілометра водневого автомобіля зараз майже вдвічі вища, ніж у автомобіля з батарейним живленням при зарядці будинку.

Наскільки екологічно чистим та стійким є водневий двигун?

Альтернативні приводи повинні скорочувати викиди забруднюючих речовин, зокрема шкідливого для клімату CO2, а також шкідливих газів, таких як оксиди азоту. Вихлопне повітря водневого автомобіля складається з чистої водяної пари. Таким чином, привід на паливних елементах немає шкідливих викидів. Так він підтримує чистоту повітря у містах. Але чи захищає він клімат у той же час?

Це залежить від умов, за яких було отримано водень. Для виробництва водню потрібна електрична енергія. У процесі електролізу електрика розщеплює воду на її складові – водень та кисень. Якщо електроенергія, що використовується, надходить з відновлюваних джерел енергії, виробництво водню має нейтральний кліматичний баланс. Якщо використовується викопне паливо, це негативно позначається на кліматичному балансі водневого автомобіля.

На відміну від викопного палива, водень можна виробляти скрізь, де є електрика та вода, теоретично навіть безпосередньо на станціях заправки, скоротивши транспортні витрати в майбутньому.

Висновок: водневий двигун може забезпечити екологічно стабільну мобільність транспорту майбутнього. Причинами для цього є, зокрема, використання регенеративної енергії при виробництві водню та розширення технічної інфраструктури для досягнення більш коротких транспортних маршрутів.

Дякую, що залишаєтеся і мною. Вам подобаються мої статті? Бажаєте бачити більше цікавих матеріалів?😌 Підтримайте мене, оформивши замовлення чи порекомендувавши знайомим. Буду радий підготовити для вас унікальний матеріал з розміщенням на вашому сервері.✍