Nd-avtodrom.ru

НД Автодром
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Автомобили на водородном топливе от BMW и Toyota

Водородный двигатель 4JM

В поиске новых, более дешёвых источников энергии передвижения человеческая мысль пришла к идее использования водорода в качестве топлива для заправки колёсных средств передвижения. Несмотря на то, что идея не нова (первый водородный двигатель внутреннего сгорания создан в 1806 году французом Франсуа Де Ривасом), к промышленному использованию самого лёгкого газа в топливных элементах, двс и газотурбинных двигателях инженеры пришли только вначале нового, XXI века.

Как работает водородный двигатель

Главной причиной поиска нового источника энергии для автомобильных двигателей стала острая необходимость сокращения вредных выбросов. Современные технологии очистки отработанного топлива позволяют сократить объёмы выбросов до сотен граммов на километр пути. Но ситуация усугубляется неконтролируемым ростом числа автомашин на дорогах: разбухающий автомобильный поток нивелирует качество современных технологий удаления кислородно-углеродной смеси.

Наиболее перспективным направлением развития водородной технологии является применение топливных элементов. Они способны производить электроэнергию, располагаясь непосредственно на борту транспортного средства. В числе прочих разработкой гибридного водородного двигателя занимаются инженеры японской автомобильной корпорации Toyota Motor Corporation. В 2014 году под этой появился первый в мире серийный автомобиль на водороде – Mirai (в переводе с японского – «будущее»).

Силовая установка Toyota Mirai – гибридная, включает три составные части:

  • батарея топливных элементов TFCS;
  • водородные баллоны высокого давления;
  • повышающий преобразователь.

Батарея способна производить 114 кВт мощности, что по DIN эквивалентно 155 л.с. Удельная мощность батареи TFCS (3,1 кВт/л) более, чем в 2 раза выше первого варианта, разработанного инженерами Toyota – FCHV-advantage.

4JM – лучший в мире водородный мотор

Следует отметить, что химическая реакция по выработке электрической энергии происходит без горения, повышая, тем самым экологичность и без того абсолютно «чистого» электромотора. Преобразование энергии в двигателе 4JM осуществляется с КПД 83 %. На двигатель установлена вторичная никель-кадмиевая батарея в виде аккумулятора мощностью 21 кВт.

4JM представляет собой синхронный электродвигатель переменного тока. При рекуперативном торможении аккумулятор сохраняет возвращаемую в сеть электроэнергию, которая вырабатывается тяговым двигателем в режиме генератора.

С помощью преобразователя полученное на элементах напряжение повышается до показателя 650 В. Это нужно для того, чтобы уменьшить геометрические параметры электромотора и число топливных элементов, компактно уместить составные части системы внутри автомобиля. Постоянный ток в переменный преобразуется с помощью инвертора. В процессе заправки закачка водорода в бак производится через фильтрационную угольную систему. При движении через воздухозаборники в батарею попадает воздух из атмосферы.

Начинается химическая реакция с водородом, результатом которой является получение электрической энергии. При нажатии на акселератор осуществляется её подача от батареи к мотору. Знатоки химии сразу определят, что единственным побочным продуктом в данной цепочке является образующаяся в результате химической реакции вода. Её отвод осуществляется через выхлопную трубу.

Расположение батареи и водородных баллонов высокого давления по центру машины вкупе с оптимальными настройками электромотора обеспечивают оптимальное управление показателями мощности. Результатом этого является восприимчивость машины к действиям водителя на любой скорости, повышение крутящего момента и обеспечение плавного разгона. В обратном порядке происходит процедура торможения.

Геометрия машины спроектирована таким образом, чтобы обеспечить максимально низкий центр тяжести, оптимальную развесовку передней и задней частей кузова и общую максимальную жёсткость конструкции.

Количество водородных ёмкостей – 2 (60 и 62,4 л, соответственно). Газ хранится в них под давлением 70 МПа. Максимальная масса водорода, закачиваемого в ёмкости в течение 3 минут, составляет 5 кг. Это позволяет на одной заправке проехать до 650 километров, развивая максимальную скорость 175 км/ч.

Всё ли так безоблачно в водородной технологии

Срок службы одной топливной ячейки, работающей на водороде, составляет до 10 лет. В работе двигателя отсутствуют характерные для двс шумы и вибрация. Моторы абсолютно чисты с экологической точки зрения. Тем не менее, критика исследований в области транспорта на водородном топливе обширна. Апологеты традиционных источников энергии для колёсных автомашин и разработчики обычных электродвигателей «задвигают» водород, указывая на ряд трудноразрешимых вопросов в области инфраструктуры и технологии.

Критики водородного транспорта указывают на отсутствие стандартов в области производства, хранения, перемещения и использования водорода. Значительный объём топливных баков для дальних поездок сокращает вместимость салона и багажника. Есть чисто технологические факторы, связанные с опасностью неправильного обращения с оборудованием для хранения и закачки водорода. Он чрезвычайно летуч: малейший зазор в конструкции баков и систем подачи водорода к месту химической реакции может привести замкнутому наполнению салона автомашины и воспламенению.

Словом, проблем, которые предстоит решить на пути к безопасному и экономичному массовому применению водорода для заправки автомобильного транспорта, достаточно. Главный вопрос в том, готовы ли владельцы автокорпораций вкладывать значительные средства в развитие новой инфраструктуры, дальнейшие теоретические исследования и практические разработки. Ведь на сегодня дозаправка автомашин в пути (то есть, без посещения специальных заправочных станций) невозможна.

Деньги – основа всего

Главным «минусом» считается сложность процесса производства столь огромного количества водорода, которое понадобится при массовом переводе машин на новое топливо. Дорого на сегодняшний день получать водород, как из природного газа, так и методом электролиза. Таким образом, стоимость пробега на машине с водородным двигателем значительно дороже, нежели на бензине или солярке.

На данный момент, заправляя 120 литров водорода в пару баков высокого давления, владельцы авто должны выложить 960 евро. Это очень дорого, в сравнении с бензином или дизельным топливом. Позволить себе приобрести такой автомобиль и постоянно передвигаться на нём, наматывая немалые «концы», может позволить не каждый средний житель развитых стран Европы, Азии или Америки. Пока Toyota Mirai представляет собой дорогой экземпляр для автомобильной коллекции, либо средство передвижения для толстосумов, не привыкших считать деньги.

Частичным решением вопроса мог бы стать гибридный двигатель, в котором вторым топливом является традиционный бензин или солярка. Для проведения такого тюнинга вручную, нужно осуществить установку пусковой батареи, БСУ, водородных и кислородных баллонов. Электротехническая часть тюнинга:

  • электрохимический генератор (ЭХГ);
  • электродвигатель;
  • пусковая батарея.

Сырьём для получения водорода является питьевая вода, слитая в ёмкость для электролиза. Источником энергии является генератор. Газ вырабатывается в небольшом количестве, затем направляется во впускной коллектор двс. Там происходит смешивание водорода с бензином и последующее сгорание. Однако, расход энергии на получение водорода в пути, и его количество не позволяют говорить об экономичности подобных установок.

Невзирая на то, что машины с гибридными установками на водородном топливе и электромоторах ближе всего по конструкции, философии использования и технологии к обычным электромобилям, апологеты последних являются главными критиками нового источника энергии. Видимо, в будущем затраты на решение всех вопросов будут ничтожными по сравнению с доходами от продаж автомашин на водороде. Если, конечно, удастся преодолеть все препятствия.

Крупные производители авто рассказали, почему водородное топливо выгоднее электродвигателей

Представители автомобильных компаний BMW и Toyota заявили, что водородные двигатели экологичнее и выгоднее электрокаров, сообщила газета The Independent. Эксперты утверждают, что электрокары хоть и заявлены как экологичный транспорт, их производство также негативно влияет на окружающую среду, а себестоимость ионно-литиевых батарей очень высока.

По словам экспертов, большую часть энергии, которая уходит на подзарядку батарей для электрокаров, получают путем сжигания обычного топлива. Поэтому автомобили на водороде в скором времени вполне могут стать первыми «безуглеродными» авто, поскольку этот вид двигателей на выходе не выделяет ничего, кроме воды.

Автоконцерн Toyota реши провести эксперимент. Работники компании сравнили свой водородный автомобиль с участниками соревнований по легкой атлетике. Бегуны в среднем теряют три-четыре килограмма за один марафон. В большей степени этот вес уходит через пот. Топливный элемент гибрида Toyota Mirai тратит немного больше трех килограммов воды за то же расстояние, что и бегуны.

Время заправки водородных автомобилей — еще один плюс в их пользу. Глава проекта Toyota Mirai в Великобритании Джон Ханта рассказал, что большинство водородных гибридов заправляется за три минуты – ровно за столько же можно заправить и обычный автомобиль на бензине или дизеле. А вот электрокарам нужно около 30 минут для подзарядки.

В этом году в Давосе на Всемирном экономическом форуме был создан совет по водородным технологиям. В составе компаний, сформировавших Совет, — BMW, Audi, Toyota, Total, Hyundai, AngloAmerican, Shell, Kawasaki, Engie, Honda и Alstom. В ближайшие пять лет на разработки в области водородных технологий будет выделено около 10 миллиардов, пишет The Independent.
Что касается национального уровня перехода на водород, то здесь Япония на первом месте – в планах правительства создание «мини-заводов» по производству водорода на предприятиях и его распространение и доставка.

Около 1600 автомобилей на водородном топливе было продано или арендовано в мире за первую половину этого года.

Первый в мире электромоторный Hummer H1‍ создали в Соединенных Штатах специально для голливудского актера и экс‐губернатора Калифорнии 70‐летнего Арнольда Шварценеггера. Читать далее>>

Как работает водородный автомобиль Toyota, BMW, ставить ли водородный генератор

Водород давно считается едва ли не лучшей заменой бензину. Это неудивительно, ведь при его сгорании выделяется вода, а не вредные вещества. Вот только, несмотря на все очевидные преимущества, споры и дискуссии про водородный автомобиль идут до сих пор. И это притом что многие корпорации, Toyota, BMW, Ford, постоянно ведут работы по использованию такого газа как источника энергии для движения машины.

Водородная установка для автомобиля, с нее все начиналось

Согласно историческим сведениям, первый двигатель ДВС был водородный, хотя порой использовался и светильный газ. Но потребовалось еще много лет для совершенствования подобного мотора, и только в 1859 году был построен первый самоходный экипаж, топливом для которого служили упомянутые газы. Так что можно сказать, что современный транспорт начинался с автомобиля с водородным двигателем. Хотя в дальнейшем он уступил свое место бензиновому.

Известно несколько случаев, когда при отсутствии привычного горючего, водородный генератор обеспечивал автомобиль топливом. Но тем не менее, при всех достоинствах такого источника энергии он не нашел широко применения, хотя многие автомобильные корпорации, та же самая Toyota, работают над возможностью создания автомобиля на водородном топливе, и надо сказать не без успеха.

О водородных двигателях

Известны несколько различных вариантов, каким может быть такой мотор и что может лежать в основе его работы.

Сгорание водорода

Это обычный ДВС, работающий непосредственно на водороде или на его смеси с бензином. В результате такой добавки улучшается сгорание смеси, увеличивается КПД мотора, уменьшается при сгорании содержание окиси углерода. Однако в конструкцию автомобиля приходится вводить бак для хранения водорода, причем жидкого. А это не добавляет места в багажнике и не повышает безопасность при столкновениях.

Такой принцип использования водорода реализует BMW, причем основной задачей компания считает возможность применения любого из видов топлива (бензин, водород). Уже созданы, и длительное время успешно эксплуатируются несколько образцов, работающих на подобном принципе. Правда, при этом в основном остаются недостатки, свойственные обычному автомобилю.

Топливные элементы

Другим способом использования водорода является топливный элемент. Его конструкция представлена на рисунке

В результате прохождения через анод и катод молекул водорода и кислорода и их взаимодействия, образуется вода и электрический ток. Если соединить нескольких таких элементов, то получается своеобразный генератор, обеспечивающий работу электромотора. По сути дела, подобным образом создается электрохимический генератор электрического тока.

Этот вариант построения автомобиля, использующего водород в качестве топлива, реализует Toyota. Она намеревается перейти от выпуска прототипов к серийному производству электромобилей на основе топливных элементов. По имеющимся сообщениям, водородный автомобиль Toyota должен серийно выпускаться с 2015 года.

А так ли хорош водород?

Считается, что самым основным достоинством автомобиля, использующего водород, является его экологичность. Общепринято, что при сгорании водорода вместо окиси углерода и других вредных веществ будет появляться вода, точнее водяной пар. Однако при этом используется не чистый кислород, а воздух, в состав которого входит азот. В результате в камере сгорания образуются окислы азота. А их воздействие на окружающую среду может быть гораздо хуже, чем обычных выхлопных газов.

Кроме того следует учесть, что попадание на горячие части ДВС водорода, может вызвать его воспламенение. Поэтому наиболее подходящим для использования подобного топлива является роторный двигатель, в котором газ поступает в холодную часть, а потом перегоняется в горячую.

Очень большая дискуссия вообще идет по вопросу о том, имеет ли право на существование водородный автомобиль. Здесь есть несколько проблем, без решения которых не имеет смысла говорить о будущем подобной техники. Необходимо отметить, что водород сначала надо получить, для чего требуется какая-то установка. Источником для его получения может служить вода или метан.

Вот тут и возникает одна из основных проблем.

  • Метан сам является хорошим энергоносителем, и подвергать его дополнительной переработке, чтобы потом сжечь готовый продукт, достаточно нерационально, можно сразу сжигать метан без лишних расходов.
  • С водой картина еще интересней. Для того чтобы получить один кубический метр водорода, необходимо затратить электроэнергии в четыре раза больше, чем может выработаться при сжигании этого объема газа.
  • Необходимо учесть, что при производстве водорода будут происходить выбросы вредных веществ, и что окажется лучше – неизвестно. Вместо выброса выхлопных газов автомобиля будут образовываться свои отходы при получении газа.
  • Кроме того, очень проблематичной является вопрос хранения. Он до сих пор не решен, водород способен проникать через любой материал, и хранить его надо в жидком виде, а это еще дополнительные затраты, и не маленькие, которые необходимо прибавить к тем, что понесены на этапе получения. А при утечках газа образуется взрывоопасная смесь с воздухом.

Следующей проблемой, практически ставящей крест на использовании водорода в качестве топлива для автомобиля, является отсутствие соответствующей инфраструктуры. Под этим необходимо понимать в первую очередь сеть заправочных станций.

Так что из уже сказанного должно быть ясно, что водород не является альтернативным источником энергии, во всяком случае, пока не будет реализован способ его дешевого получения. И мифы о светлом будущем водородной энергетики – просто один из методов борьбы крупных корпораций между собой.

А все-таки попробовать можно – водородный генератор для автомобиля

Несмотря на такой безрадостный вывод о водородной энергетике в промышленном масштабе, можно попробовать использовать вариант получения, так называемого газа Брауна непосредственно на автомобиле. По сути, это тот же самый водород, результат электролиза воды, только проведенного на машине. Под капотом монтируется специальная установка, генератор водорода, питание на которую подается от бортовой сети.

Понятно, что при прочих равных условиях мощность, расходуемая на движение, уменьшится, часть энергии будет дополнительно тратиться на производство газа. Но результаты, полученные в ходе многочисленных испытаний, показывают, что подобная установка позволяет экономить до тридцати процентов бензина.

Как устроен такой генератор, позволяет понять рисунок. Пример изготовления простейшего его варианта показан на видео

Его основу составляют металлические электроды, часть из которых подсоединена к плюсу, а часть к минусу б/с. Внутрь залита вода (синяя стрелка) а из емкости выходит газ Брауна (голубая стрелка). Через шланг газ подается во впускной патрубок ДВС.

Как реально подобная установка располагается под капотом, видно на фото.

Вот такой небольшой генератор газа Брауна позволит любой автомобиль сделать немного ближе к творениям концерна Toyota или BMW, получая некоторую экономию бензина.

Правда споры по поводу того, получает ли владелец выгоду от такого устройства, не стихают. Одни утверждают что генератор того стоит, другие оперируя формулами и прочими доводами, доказывают что это миф, и на самом деле от водородного генератора нет никакого толку.

Водород считают горючим будущего, но так ли это? Для его повсеместного использования существует множество проблем, и хотя ведущими автопроизводителями, такими например, как Toyota, в этом направлении прилагаются значительные усилия, есть определенные сомнения, что в ближайшем времени водород сможет заменить бензин. Но есть мнение, что если использовать простейший генератор газа Брауна, то вполне возможно добиться экономии бензина на своем автомобиле, не дожидаясь прихода водородной энергетики.

Водородный BMW i Hydrogen NEXT на базе BMW X5

BMW Group представил водородную силовую установку BMW i Hydrogen NEXT с нулевым уровнем выбросов

Силовая установка BMW i Hydrogen NEXT

Силовые установки на альтернативном топливе — одно из приоритетных направлений для концерна BMW Group, который работает в этом направлении совместно с японской компанией Toyota Motor Corporation с 2013 года.

Проект BMW i Hydrogen NEXT является частью кампании Power of Choice (Сила Выбора), стратегия которой направлена на различные исследования рынка и потребительских требований, что в свою очередь даст возможность повысить лояльность клиентов к баварскому бренду.

«Мы убеждены, что различные альтернативные системы силовых агрегатов будут сосуществовать рядом друг с другом в будущем, поскольку не существует единого решения, которое бы удовлетворяло весь спектр потребностей клиентов в мобильности по всему миру. Технология водородных топливных элементов вполне может стать четвертой опорой нашего ассортимента силовых агрегатов в долгосрочной перспективе. Модели высшего класса в нашей чрезвычайно популярной семье X могли бы стать очень подходящими кандидатами на эту роль.», говорит в своем обращении Клаус Фрёлих, член правления BMW AG и глава отдела по исследованиям и разработкам.

Особенности силовой установки BMW i Hydrogen NEXT

Силовая установка электрического BMW i Hydrogen NEXT состоит из модуля eDrive пятого поколения с буферным аккумулятором, дебютировавшего в BMW iX3, а также топливного элемента и преобразователя напряжения. Пиковая мощность силовой установки составляет 275 кВт (374 л.с.). Это гарантирует фирменную динамику BMW и легендарное удовольствие за рулем. На борту автомобиля две емкости, в которых под давлением 700 бар хранится 6 кг водорода. Этого достаточно для большого запаса хода независимо от погодных условий. Полная заправка водородом занимает 3–4 минуты.

Читать еще:  Процесс замены подшипника передней ступицы ВАЗ 2110 своими руками

Электрогенератор в составе топливного элемента выдает мощность 125 кВт (170 л.с.). В качестве топлива используется смесь водорода и кислорода из окружающего воздуха, вместо вредных выбросов система вырабатывает водяной пар. Преобразователь напряжения регулирует потоки от топливного элемента, аккумуляторной батареи и кинетическую энергию, выделяемую при торможении.

В 2022 году концерн планирует выпустить небольшую серию BMW i Hydrogen NEXT, которая будет построена на базе нынешнего BMW X5 в кузове G05 , а серийная версия появится на рынке не раньше второй половины текущего десятилетия.

Перспективы транспорта на водороде

Концерн BMW Group уверен в потенциале топливных элементов в долгосрочной перспективе. В данный момент появлению серийного водородного автомобиля BMW препятствует ряд факторов. Водород должен производиться в достаточных количествах для снижения его стоимости. Существуют сложности с инфраструктурой. К моменту появления серийной версии BMW i Hydrogen NEXT концерн планирует снизить стоимость водородной силовой установки. Остаются в силе планы по выпуску к 2023 году 25 электрифицированных моделей, из которых не меньше 12 полностью на электротяге.

Сотрудничество с Toyota Motor Corporation

С 2013 года BMW Group работает над развитием водородных силовых установок совместно с Toyota Motor Corporation. Два производителя объединили усилия в работе над топливными элементами, масштабируемыми модульными компонентами и адаптацией технологии для массового производства. В 2017 году BMW Group стал одним из инициаторов создания Водородного совета, в который входит свыше 80 компаний-участников.

Также BMW Group участвует в исследовательском проекте BRYSON. Помимо концерна, в него вовлечены Мюнхенский университет прикладных наук, Технический университет Дрездена, компании Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH и WELA Handelsgesellschaft mbH. Цель проекта BRYSON — разработать новаторские резервуары для хранения водорода под высоким давлением, пригодные для интеграции в архитектуру транспортных средств.

Уважаемые клиенты, напоминаем вам, что у нас действует ряд акций и предложений на сервис БМВ:

Сервисные акции на обслуживание BMW
Акция на ремонт двигателя BMW

В акциях участвуют все автомобили BMW и MINI от 2005 г.в.

Ждем вас по адресу ул. Дмитровское шоссе 163 (территория автобазы Ильинская).

Время работы: с 10 до 20.00 (ПН-СБ); с 10 до 18.00 (ВС).

По всем вопросам и для записи на сервис BMW и MINI звоните по телефону +7 495 967-98-97 или оставьте заявку на сайте.

Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.

Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.

История развития рынка водородных двигателей

Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.

Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.

В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.

В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.

Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].

Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.

В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.

В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.

Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.

Как работает водородный двигатель?

На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.

Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

Где применяют водородное топливо?

  • В автомобилях с водородными и гибридными двигателями. Такие уже выпускают Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
  • В поездах. Первый такой был выпущен в Германии компанией Alstom и ходит по маршруту Букстехуде — Куксхафен;
  • В автобусах: например, в городских низкопольных автобусах марки MAN.
  • В самолетах. Первый беспилотник на водороде выпустила компания Boeing, внутри — водородный двигатель Ford;
  • На водном транспорте. Siemens выпускает подводные лодки на водороде, а в Исландии планируют перевести на водородное топливо все рыболовецкие суда;
  • Во вспомогательном транспорте. Водород используют в электрокарах для гольфа, складских погрузчиках, сервисных автомобилях логистических компаний и аэропортов;
  • В энергетике. Электростанции мощностью от 1 до 5 кВт, работающие на водороде, могут обеспечивать теплом и энергией небольшие города и отдельные здания. Например, после аварии на Фукусиме в 2018 году Япония активнее начала переходить на водородную энергетику [9], планируя перевести на водород 1,4 млн электрогенераторов;
  • В смесях с обычным топливом. Например, с дизельным или газовым — чтобы удешевить производство.

Плюсы водородного двигателя

  • Экологичность при использовании. Водородный транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид углерода;
  • Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;
  • Бесшумная работа двигателя;
  • Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электрокарами;
  • Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть, запасы которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в нескольких странах. Это позволяет нефтяным государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно для развитых экономик.

Минусы водородного двигателя

  • Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1 [10], а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
  • Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
  • Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых [11]. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.
  • Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз [12], из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения.

Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели и легко воспламеняется. Если он заполнит собой весь капот и салон автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили

Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.

Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.

Водородный транспорт в России

В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.

В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.

Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.

Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».

В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.

Перспективы технологии

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.

Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.

С одной стороны, в Европе Toyota Mirai II стоит несколько дешевле, чем Tesla Model S (€64 тыс. против €77 тыс.) [18]. Полная зарядка водородного автомобиля занимает около 3 минут — против 30-75 минут для электрокара. Однако вся разница — в обслуживании: Toyota Mirai вмещает 5 кг водородного топлива [19] по цене $8-9 за кг. Таким образом, полный бак обойдется в $45, и его хватит на 500 км — получаем около $9 за 100 км пробега. Для Tesla Model S те же 100 км обойдутся всего в $3.

Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.

Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.

Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].

Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:

  1. Лобби со стороны развитых государств: в США [22], ЕС [23], Японии [24], России [25] и других странах приняты законы в поддержку экологичного транспорта.
  2. Удешевление аккумуляторов: согласно исследованию Bloomberg New Energy Finance, за последние десять лет цены на литий-ионные аккумуляторы упали с $1200 до $137 за кВт·ч.
  3. Развитие инфраструктуры: специальные электрозарядные станции и зарядки в крупных бизнес-центрах, на парковках ТЦ и аэропортов.

Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.

Согласно прогнозу Markets&Markets [28], к 2022 году объем мирового производства водорода вырастет со $115 до $154 млрд. Остается главный вопрос: как быть с инфраструктурой? Чтобы водородные двигатели стали массовыми, нужны сети заправок, трубопроводы для топлива, отлаженные логистические цепочки. Все это пока только зарождается. Но и тут есть позитивные сдвиги: например, канадская Ballard Power по заказу китайского Министерства транспорта запустила пилотный проект, в рамках которого водородное топливо можно будет заливать в обычные АЗС.

Водородный автомобиль BMW: Прототип

Новый проект компании БМВ выглядит как автомобиль из будущего.

БМВ и Тойота собрались вкладывать средства в развитие исследований в области альтернативных источников топлива. Напомним, что в принципе компания БМВ и Тойота уже выпускают автомобили, которые получают альтернативную энергию из аккумуляторных батарей. Так БМВ выпустила электрический автомобиль i3, а Тойота уже давно выпускает Тойота Приус. Но на этом все не закончилось. После того как Тойота анонсировала выпуск первого в мире серийного водородного автомобиля (Toyota Mirai), компания БМВ решила также спроектировать и выпустить серийную машину работающую на водороде.

БМВ имеет во Франции большой научно-исследовательский центр, где в настоящий момент проводятся работы, связанные с разработками электрических автомобилей способные проезжать большое количество километров на одной подзарядке.

Исследовательский центр помимо множества научных корпусов имеет различные испытательные площадки (общая длина треков составляет 50 км) для тестирования прототипов и опытных образцов разрабатываемых моделей. Научный центр был построен, после того как компания приобрела в 1986 году во Франции 473 гектаров земли.

Предположить, что именно в настоящий момент готовят ученые и инженеры БМВ практически не возможно. Можно только догадываться. К примеру, в настоящий момент ведутся работы по испытаниям новой гибридной модели 2 Series Active Tourer.

Скорее всего, этой моделью все не закончится. БМВ будет продолжать анонсировать новые гибридные модели, которые будут построены на базе существующего модельного ряда.

Но этим поверьте, все не закончится. БМВ как и Тойота решили идти дальше. Следующий шаг, это создание водородных автомобилей, которые возможно станут в будущем основой всей автопромышленности.

Все началось несколько лет назад когда Тойота и БМВ договорились о сотрудничестве в водородных технологиях. В итоге совместной работы мир увидел новую Toyota Mirai, работающую на водородном топливе.

И вот теперь представительство БМВ официально сообщило, что в настоящий момент ведет активные работы по созданию первой модели БМВ с водородными технологиями. К счастью это были не только слова. Есть и фотографии рабочего прототипа, который в настоящий момент тестируется Немецкими специалистами.

Надо признать, что по сравнению с водородной Тойота, дизайн которой вызвал смешанные чувства даже у истинных поклонников Японской марки, внешность водородного прототипа БМВ получилась грозной и агрессивной. Как вы можете заметить, прототип основан на гибридной модели i8.

На самом деле компания БМВ ведет эксперименты с водородом уже в течение многих десятилетий. Стоит отметить, что в 2005 году БМВ пыталась вывести на рынок водородный автомобиль на базе 7-серии, которая называлась Hydrogen 7. Но, к сожалению, проект был обречен на неудачу из-за недоработки технологий. И вот спустя 10 лет БМВ решила запустить производство нового водородного автомобиля с новыми технологиями. По планам компании серийный запуск машины запланирован на 2020 год.

Читать еще:  Laimerus › Блог › Шипы или «липучка» — плюсы и минусы, что выбрать

Почему так долго будет идти создание водородной модели БМВ?

Для начала, чтобы создать мощную водородную машину, инженерам Немецкой марки необходимо проверить и протестировать систему охлаждения с помощью прямого впрыска воды. Это снизит тепловую нагрузку и увеличит эффективность автомобиля, а также снизит потребление водорода.

Инженеры БМВ придумали технологию, которая позволяет не устанавливать на водородную машину большой бак для наполнения водой. Для этого они придумали, как брать конденсат с системы кондиционирования воздуха. Тем не менее, бак для воды все-таки будет использоваться, но он будет не большого размера.

Правда с водой также есть проблема. Это замерзание воды, которая нужна для охлаждения. Для того чтобы решить проблему инженеры БМВ придумали, как предотвратить замерзание воды, поместив бак в специальный контейнер, который защищает воду от образования льда.

Также как сообщает источник в компании БМВ, первый серийный водородный автомобиль будет иметь полноценный багажник с местом для хранения запасного колеса или инструмента. Напомним, что во многих электрических и гибридных автомобилях, как правило, это место в багажнике занято огромной аккумуляторной батареей.

Водородные автомобили: особенности, характеристики и ТОП-7 моделей

24.06.2019, 17:52 36.2k Перегляди

Альтернативные источники энергии – один из лучших способов сохранить окружающую среду, загрязняемую продуктами сгорания бензина, дизтоплива и даже метана или пропана.

Водород в этом плане безопаснее. Но автомобильные концерны не спешат переходить на выпуск транспорта с водородными топливными элементами (FCEV).

FCEV – fuel cell electric vehicles – это электромобиль на топливных ячейках (элементах). В таком автомобиле используется топливный элемент вместо батареи или в сочетании с батареей или суперконденсатором для питания его бортового электродвигателя.

Для этого есть немало причин – цены, неразвитая инфраструктура, опасность производства топлива для окружающей среды.

Хотя водородные автомобили уже существуют – почти все модели только в виде концепта, и только некоторые выпускаются серийно.

Особенности заправки водородом

Работающие на водородном топливе авто заправлять сложнее, чем привычный транспорт. Заправка выполняется газом в сжатом или сжиженном состоянии.

При этом водород уменьшается в объёме почти в 850 раз, температура в жидком виде достигает –259°C, а давление газа – 350 или 700 атмосфер.

На большинстве заправок топливо продаётся в газообразном состоянии. Жидкость встречается только на 10% станций. Использующих её машин тоже немного, включая выпускавшуюся в 2007-2008 годах модель BMW HydroGen 7 и авто HydroGen3 от GM с баками для газообразного и жидкого водорода.

Время заправки водородным топливом составляет около 5 минут. Примерно столько же тратится на заполнение полного бака бензинового транспорта. Современные технологии позволяют уменьшить это время до 3 минут – быстрее, чем придётся ждать на заполнение баллона с природным газом.

Работа установок по генерации водорода

Водородные заправочные станции (ВЗС) могут быть мобильными, стационарными и домашними. Первый вид предназначен для заправки автомобилей в местах без подходящей инфраструктуры.

Стационарные заправки обычно принадлежат крупным компаниям и продают водородное топливо автомобилистам. Большая часть таких станций находится в Канаде и США, Китае, Японии и Германии.

Домашняя заправка – комплект оборудования для частного использования. Производит до 1000 кг чистого водорода в год – достаточно для ежедневной заправки 1-5 автомобилей. Газ производится методом гидролиза воды в ночное время, чтобы не создавать резких скачков напряжения в электросети.

По объёмам выпускаемой продукции стационарные станции делят на три типа:

  • малые, выпускающие до 20 кг водорода в сутки (хватит на заправку 5-10 автомобилей);
  • средние, обеспечивающие ежедневную заправку 250 легковых авто или 25 грузовых – норма выработки от 50 до 1250 кг в день;
  • промышленные – заправляют больше 500 авто в сутки, предоставляя от 2500 кг газа.

В конструкцию водородной заправки входит электролизёр, системы очистки и хранения водорода, компрессор (если топливо находится в газообразном состоянии) и диспенсер, обеспечивающий раздачу водорода потребителям. Причём, на малых и средних станциях газ может выпускаться как с помощью электролиза воды, так и за счёт каталитического риформинга углеводородов – процесса, проводимого при температуре около 500 градусов и давлении до 4 МПа.

Сколько будет стоить заправка для водородных авто

Рыночная стоимость водорода в Европе сейчас составляет около 9 евро за килограмм, что соответствует примерно 45 евро для полного бака автомобиля Toyota Mirai . При запасе хода в 500 км сумма получается на уровне 9 евро на 100 км. Если учитывать, что стоимость бензина на европейских заправках около 1,3-1,35 евро, потребление водородного авто примерно соответствует среднему расходу седана с бензиновым мотором 1,5-2 литра в комбинированном режиме.

С одной стороны, это не много – но только, если не сравнивать с электромобилями. При использовании электродвигателей владелец автомобиля Tesla Model S или Toyota Prius потратит около 2,5 евро на то же стокилометровое расстояние. Поэтому, пока цена на водород для автомобилей не снизилась хотя бы до 25-30 евро за полный бак, преимущество останется за электрокарами.

Есть ли будущее у водородных авто

Машины, работающие на водородном топливе, не выделяют в воздух углекислого газа, а, значит, не вредят окружающей среде и не способствуют глобальному потеплению.

Это преимущество – серьёзный повод для перехода на этот газ, но не единственный.

Есть у водородных авто и другие плюсы:

  • Бесшумная работа. В отличие от ДВС, водородные двигатели практически не создают шума.
  • Высокий крутящий момент в самом начале движения. Причина – использование в конструкции таких автомобилей только электрических моторов.
  • Большой рабочий диапазон. 1 грамм водорода позволяет получить втрое больше энергии по сравнению с 1 г бензина.
  • Быстрая заправка. Новые технологии позволяют залить бак с водородом быстрее, чем будет заряжаться любой электромобиль, и почти так же быстро, как заливается бензин.
  • Запас хода до 500-600 км, превышающий показатели большинства электромобилей. Конечно, с бензиновыми авто эта цифра не сравнится – но разница не такая большая. У многих работающих на бензине машин дальность поездки с полным баком не превышает 800-900 км.

Среди серьёзных минусов отмечают, что водородное топливо пока слишком дорогое по сравнению с электричеством.

Даже, если сравнивать его с бензином (цена 1 км пути почти одинакова), стоит уделить внимание высокой стоимости водородных автомобилей. Переплачивая за электрокар, можно рассчитывать на экономию в будущем – переплата за машину с водородным двигателем не окупится.

Внимание! Среди других минусов водорода стоит отметить его взрывоопасность, необходимость хранения в специальных баллонах, уменьшающих внутреннее пространство багажного отделения, и вредное влияние газа на металлические части цилиндропоршневой группы. Усиливая конструкцию автомобиля, производители сделают машины с водородными двигателями ещё дороже. Ещё один важный момент, влияющий на распространённость автомобилей FCEV – неразвитая инфраструктура заправок.

С одной стороны, причин для отказа от водородного топлива в качестве конкурирующего с электричеством варианта, достаточно.

С другой – проблему с заправками уже решают правительства разных стран – Китая, Японии, Германии.

Так, в КНР к 2030 году планируется установить больше 1000 водородных станций, число японских ВЗС превысило сотню, немецких – 50.

Интерес к развитию технологии проявили такие известные производители как VW, GM, Daimler AG и BMW. Когда заправок будет больше, водородный транспорт станет серийным, популярность FCEV может увеличиться.

Реальные водородные авто – ТОП-7 моделей

Серийного транспорта с водородными двигателями почти нет. Но в списках продукции нескольких автопроизводителей можно найти несколько машин, которые выпускались в количестве больше 1-2 выставочных экземпляров.

Цена на них не способствует повышению спроса, но у каждого авто есть свои впечатляющие особенности – от большого запаса хода до приличной динамики.

Toyota Mirai

Модель известной японской марки создана после десятков лет разработок. Компания «Тойота» занималась технологией больше 23 лет, после чего выпустила автомобиль Mirai сначала на японский ,а затем на американский рынок.

В Калифорнии в течение 2015 года было продано 836 машин, а до конца года бренд рассчитывает увеличить общее число продаж до 30 тыс. экземпляров. Запас хода авто – до 500 км, максимальная скорость – 178 км/ч.

На автомобиле установлен фронтальный радар, а бортовая система распознаёт препятствия и автоматически включает тормоза. Ещё одна система помощи водителю контролирует полосу движения, подавая водителю сигнал при смещении в сторону.

Для управления навигацией и контроля микроклимата в салоне автомобиля установлено два сенсорных экрана.

Honda Clarity

Первые продажи автомобиля FCX Clarity ещё одного известного автоконцерна Honda были отмечены в 2016 году.

Машина способна проехать до 600 км – это максимум для такого транспорта и больше, чем у любого электрического авто в нормальном режиме езды. Притом, что заряжается водородная модель всего за 5 минут.

Купить машину можно было в конце 2000-х годов в японских и калифорнийских салонах – именно в этом штате крупнейшая в мире инфраструктура для такого транспорта.

Продажи автомобиля продолжались до 2014 года, после чего компания заявила о выходе ещё одной версии – Clarity Fuel Cell.

Заявленная стоимость модели – почти 8 миллионов иен ($72 тысячи), на 5% выше, чем у главного конкурента, модели Toyota Mirai. На одной заправке водородным топливом под давлением 700 атм. машина сможет проехать до 650-700 км.

Размеры машины позволяют ей быть пятиместной, а не четырёхместной, как у «Тойоты». Мощность мотора – 177 л.с., а спрятанных под передними сиденьями топливных элементов – 100 кВт.

Ford Airstream

Автомобиль Ford Airstream – разработанная в 2007 году концепция гибридного авто – с электромотором и водородными элементами.

Впервые представили её в Детройте, а базой для разработки послужила разработка HySeries Drive. Кроме водородных топливных элементов машина использует для движения Li-Ion батареи. Аккумуляторы могут заряжаться от работающего на водороде двигателя.

Работая на электричестве, машина проезжает до 40 км – это примерно 40% общей мощности АКБ. После этого включается мотор на водороде.

Максимальная скорость транспортного средства – 135 км/ч, в баке помещается до 4,5 кг водородного топлива под давлением 350 атм. Таких показателей достаточно для того чтобы проехать без заправки до 485 км пробега.

Mercedes-Benz GLC F-CELL

Компания Mercedes-Benz разработала машину GLC F-Cell , разработчики которой утверждают о возможности проехать до 50 км на электричестве и до 500 км – на водородном топливе. Бак для водорода заполняется в течение 3 минут.

Автомобиль поступил в продажу в 2017 году и стал первым серийным транспортным средством, в котором есть и водородные топливные элементы, и возможность зарядки от электрической розетки.

Покупателями только что сошедших с конвейера авто стали несколько немецких министерств, фирмы H2 Mobility и NOW, железнодорожная компания Deutsche Bahn, администрации городов Гамбург и Штутгарт.

Автомобиль имеет 211-сильный двигатель и баллоны, в которых вмещается 4,4 кг водородного топлива. Этого хватает на 430 км пробега, а ещё 51 км машина может проехать на аккумуляторе.

Водителю доступно три режима – гибридный, для оптимального распределения энергии между двумя источниками, F-Cell – для работы только с водородом и Charge, позволяющий аккумулятору заряжаться во время движения.

Предполагается, что машина будет использоваться в качестве обычного электрокара на небольших расстояниях, и как авто на водородном топливе при поездках на значительные дистанции.

Pininfarina H2 Speed

Водородный автомобиль Pininfarina создан одноимённой итальянской компанией, занимающейся разработками дизайна спорткаров.

Модель получилась близкой к гоночным – например, до 100 км/ч она разгоняется за 3,4 секунды. Максимальная скорость – 299 км/ч, запасы водорода в баке – 6,1 кг.

Транспортное средство получило систему рекуперативного торможения и контроля тяги. Стоит оно целых 2,5 миллиона долларов, поэтому отсутствие Pininfarina H2 Speed в продаже нельзя назвать серьёзной проблемой – купить бы её смогли немногие. Кроме двигателя, работающего на водороде, авто комплектуется аккумулятором на 20 А-ч и электромоторами общей мощностью 370 кВт.

BMW Hydrogen 7

Машина, работающая на жидком водороде и бензине. Транспортное средство создано на базе популярной BMW «семёрки», но получило не только бензобак на 74 литра и водородный баллон на 8 кг. Максимальный пробег на водороде – 480 км, на бензине – 300 км.

Машина переключается на другой вид топлива автоматически, хотя предпочтение отдаётся именно водородным элементам. Мощность транспортного средства при работе на водороде – 228 л.с., на бензине – 260 л.с. Скорость транспорта – 229 км/ч, разгон до сотни выполняется всего за 9,5 секунд.

Hyundai Nexo

Компания Хендай одна из первых занялась продажами серийных авто на водороде.

Хотя о массовых продажах модели Nexo говорить не приходится – она предназначена только для определённых рынков и выпускается в ограниченном количестве. Запас хода автомобиля – 600 км.

Мощность двигателя авто сравнительно небольшая – 161 лошадиная сила. Зато оно получило впечатляющий крутящий момент – 395 Н·м. Время разгона до сотни – 9,5 секунды. Цены на авто начинаются в Европе с 69000 долларов.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Зажигаем за рулем Toyota Mirai — первого серийного водородомобиля

23-Toyota-Mirai_zr-12_15

Литр дизеля за один евро? В Гамбурге? Фантастика! Прекрасно помню, что год назад, когда я путешествовал на машине по Европе, солярка была ощутимо дороже. Но вот очередная АЗС — и тоже евро за литр… Просто в Германии, в отличие от России, цены на нефтепродукты оперативно переписывают вслед за ценой на нефть не только в бóльшую сторону, но и в меньшую.

Даже жаль, что ни дизель, ни бензин мне сегодня ни к чему — ведь я веду по окрестностям Гамбурга первый в мире серийный автомобиль на топливных элементах. Для заправки футуристического седана Toyota Mirai требуется исключительно водород.

ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Все происходит точь-в‑точь как на обычной АЗС. Через терминал я оплачиваю необходимое количество топлива, присоединяю штекер к заправочной горловине, и в течение трех-четырех минут водород заполняет топливные баки. Это два баллона высокого давления (700 бар) из углепластика с трехслойной структурой: 60‑литровый размещен под задним сиденьем, а другой (62,4 л) — ближе к задней подвеске. Суммарная емкость — пять килограммов водорода.

03-Toyota-Mirai_zr-12_15

На всю Германию — лишь девятнадцать общедоступных водородных заправок. По заверению производителя, Toyota Mirai на полных баках может проехать 500 км, а тестовый маршрут проложен так, что в поле я не встану; но очевидно, что нынешняя водородная инфраструктура пока не в состоянии обеспечить комфортную жизнь владельцам водородомобилей.

Ситуация изменится к 2023 году, когда число водородных заправок в Германии перевалит за четыре сотни. Стоимость проекта — свыше 400 миллионов евро, по миллиону на каждую АЗС. Внушительную часть средств инвестируют фирмы Toyota, Honda, BMW, Volkswagen и Daimler.

В Японии к концу года будет функционировать около восьмидесяти водородных АЗС, тоже при участии автопроизводителей. В США — около тридцати.

Я же перехожу от теории к практике. Включаю (как непривычно применять этот термин!) автомобиль кнопкой Start/Stop, обнуляю трип-компьютер, маленьким джойстиком на консоли выбираю режим Drive и абсолютно бесшумно трогаюсь с места.

01-Toyota-Mirai_zr-12_15

При заправке «до полного» в баки моей машины влез ровно килограмм водорода. До заправки трип-компьютер обещал 260 км пути. После — 330 км. Но я уверен, что смогу проехать все пятьсот!

КИЛО НАДЕЖДЫ

Toyota Mirai — по сути, электромобиль. Электричество вырабатывается в блоке топливных элементов при взаимодействии водорода и кислорода. Электрический ток проходит через инвертор (Fuel Cell Boost Converter), где преобразуется из постоянного в переменный, а напряжение увеличивается до 650 В.

Реакция происходит без процесса горения, а «выхлоп» — безвредный водяной пар.

Тяговый синхронный электродвигатель приводит в движение передние колеса. Питание — не только от топливных элементов, но и от расположенной в задней части машины никель-металлгидридной аккумуляторной батареи максимальной выходной мощностью 21 кВт: она подпитывается при рекуперативном торможении и отдает энергию при резких ускорениях. Максимальная отдача электромотора — 113 кВт (154 л.с.).

Mirai весит 1850 кг, и полторы сотни «лошадей» не сулили ничего интересного. Но водородомобиль оказался отнюдь не беззубым! Крутящий момент в 355 Н∙м, доступный во всем диапазоне оборотов, обеспечивает уверенный разгон. А ускорение в режиме Power (принудительно задействуется вторичная батарея) таково, что тебя вжимает в сиденье — поневоле веришь в заявленные 9,6 секунды разгона до сотни. На безлимитном автобане я играючи разогнал Mirai до 180 км/ч!

13-Toyota-Mirai_zr-12_15

Благодаря низкому центру тяжести управляемость крупного седана очень надежна. А вот куража нет. Ездить нужно спокойно, наслаждаясь плавностью хода и тишиной. Лишь при интенсивных разгонах в салон прорывается едва уловимый троллейбусный гул.

Двухцветный интерьер приятен глазу и комфортен. Несмотря на экзотическую архитектуру панели, я не испытываю никаких неудобств — эргономика в порядке, а среди оснащения есть даже обогрев сидений заднего ряда и руля. Расстроила лишь безбожно тормозящая мультимедийная система с сенсорными кнопками.

По автобану я проехал буквально километров пять. Съехал на второстепенную дорогу, включил режим Eco и покатил предельно размеренно. А теперь представьте мое удивление, когда через 65 км трип-компьютер вновь стал показывать «предзаправочный» запас хода: 260 км. Выходит, несмотря на мои старания, на килограмме водорода удалось продержаться лишь обещанные электроникой 70 км — и в реальных условиях пробег на полных баках составит около 350 км. Никак не пятьсот.

Читать еще:  Zheka147 › Блог › Дефлектор капота (мухобойка)

02-Toyota-Mirai_zr-12_15

ЖДЕМ СКИДОК

До сих пор я не обмолвился о главном: за этот самый килограмм водорода на гамбургской заправке я заплатил 9,5 евро. Даже если вычеркнуть автобан и допустить, что в пенсионерском темпе я проехал бы на этом килограмме около ста километров, получается неприлично дорого. Дизельный автомобиль схожей мощности в аналогичном режиме езды потребовал бы не больше пяти литров солярки, которая обошлась бы мне в пять евро — вдвое дешевле!

И выходит, что единственный резон в пользу покупки Mirai — забота об окружающей среде. Да и то весьма сомнительная. Ведь при получении водорода из природного газа с помощью реакции паровой конверсии (именно так производится около половины всего водорода) в качестве побочного продукта выделяется углекислый газ. А производство водорода путем электролиза воды — процесс более дорогой и энергозатратный.

Последний гвоздь в крышку гроба здравого смысла — цена. В Германии Toyota Mirai обойдется минимум в 66 тысяч евро! При нынешней стоимости водородного топлива я не вижу ни одной причины для покупки этого футуристического водородомобиля. Конечно, к электромобилям поначалу тоже относились скептически, а сейчас Tesla завоевала сердца и умы людей во всем мире. Но популярная Tesla Model S появилась не сразу, к тому же по карману она лишь толстосумам.

Mirai

История

Mirai_Antuan

Официальным открывателем химического элемента, занимающего первую ячейку таблицы Менделеева, признан французский химик и естествоиспытатель Антуан Лоран Лавуазье. В 1783 году он установил, что водород входит в состав воды. Первый поршневой двигатель, работающий на водороде, построил франко-швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз в 1807 году. Водород он получал методом электролиза воды. А выхлопные газы представляли собой смесь водяного пара и азота.

Конкурент

Honda-FCV-Concept-rear-three-quarter

В конце октября компания Honda показала мелкосерийный водородный седан Honda Clarity Fuel Cell. Принцип действия — точь- в‑точь как у Mirai. Мощность силовой установки составляет около 100 кВт (135 л.с.), заявленный запас хода — 700 км, время заправки не превышает трех минут. Начало производства намечено на весну 2016 года.

«BMW» и «Toyota» объединит водород

О том, что эти две компании собираются наладить сотрудничество в области эко-технологий, стало известно еще в 2011 году. И если до этого говорили только о гибридных двигателях, то теперь их дополнили водородные силовые агрегаты. Японцы уже умеют успехи в области водородных топливных элементов и помогут баварцам.

Как отмечается в пресс-релизе компаний, они выпустят на рынок серийную водородную модель к 2020 году, при этом одновременно будут создавать сеть зарядок для автомобилей на топливных элементах. «BMW» и «Toyota» расширили уже существующий меморандум от июня 2012 года, подписав соглашение по совместной разработке системы топливных элементов. Кроме того, две компании, 24 января, подписали юридическое обязывающее соглашение по совместной разработке различных литиевых аккумуляторов в дополнение к документу, подписанному в марте 2012 года.

В «BMW» намерены уложиться в три года при разработке своего очередного водородного прототипа, на этот раз — с твердыми намерениями довести его до серийного производства. Однако, на решение последней задачи потребуется еще несколько лет, которые, возможно, не дадут такие конкурирующие технологии, как, например, электромобили.

Водородный автомобиль «BMW Hydrogen 7»

В прошлом «BMW» уже проявляла интерес к водородным силовым установкам. Так, в 2007 году баварцы построили на базе своей седьмой серии 100 водородных автомобилей «BMW Hydrogen 7». В руководстве концерна намеривались довести проект до конвейера, однако сначала отложили в долгий ящик, а теперь и вовсе намерены использовать «заемные» технологии.

Водородный двигатель внутреннего сгорания «BMW Hydrogen 7» может работать как на бензине, так и на водороде. На «Hydrogen 7» установлен бензобак 74 литра, и баллон для хранения 8 кг водорода в жидком виде при температуре не выше —253 °C [1]. Автомобиль может проехать 200—300 км на водороде и 480 км на бензине. Переключение с одного вида топлива на другое происходит автоматически, но предпочтение отдаётся водороду.

При работе на водороде мощность двигателя составляет 170 кВт (228 л. с.), крутящий момент 337 Н∙м. При работе на бензине 12-цилиндровый двигатель развивает мощность 194 кВт (260 л. с.). Максимальная скорость 229 км/ч. Разгон от 0 до 100 км/ч за 9,5 сек.

Читать далее

Российская компания «Дамер» объявила о старте продаж нового серийного электромобиля с ценой в 500 тыс. рублей. Российский электромобиль получил имя «E-Car GD04B».

Концерн «PSA Peugeot Citroen» представил во Франции на выставке «Innovation Day» концепт пневматического гибрида, серийные образцы которого надеются представить уже в 2016 году.

BMW и Toyota разработали водородную трансмиссию для экологичных автомобилей

В то время как всё большая часть автопроизводителей переходит на электромобили, Япония и Южная Корея разрабатывают машины на водородном топливе. В активе Toyota уже есть седан Mirai, а также идёт подготовка к производству мощного грузовика. Не отставать от конкурентов решила и BMW, создавшая в партнёрстве с японской корпорацией водородную трансмиссию нового поколения.

Трансмиссия на водородных топливных элементах ляжет в основу автомобиля Hydrogen Next от BMW. Согласно предварительной информации, дальность пробега от одной заправки (6 килограмм сжатого водорода в двух баках) будет достигать 750 километров, что обеспечит такую же эффективность, как у Toyota Mirai.

Представитель BMW заявил, что не существует ни одной технологии для автомобилей без вредных выбросов, которая бы отвечала требованиям всех пользователей в мире. Поэтому в компании уверены, что в будущем будет несколько основных направлений, одним из которых вполне может стать применение водорода.

Благодаря новой технологии удалось добиться преобразования водорода в электроэнергию со скоростью до 125 кВт, что соответствует 170 лошадиным силам. При этом пиковая мощность с использованием аккумуляторной батареи может доходить до 275 кВт (374 л. с.).

В официальном заявлении указывается, что BMW пока не готова представить серийный автомобиль. Однако в 2022 году планируется выпуск ограниченного числа модифицированных внедорожников X5 на водородных топливных элементах.

Автомобиль на водороде. Пора ли прощаться с бензином?

Материал посвящен использованию водорода в автомобилях.

Действительно, в сравнении с бензином водород — одна сплошная проблема: его очень трудно хранить и непросто получать, он взрывоопасен, а водородные автомобили в разы дороже бензиновых. Но при этом водород считается наиболее перспективным видом альтернативного топлива для транспорта. К тому же, на производство водородных автомобилей инвесторы готовы тратить многомиллиардные инвестиции.

Приговор бензину уже подписан

Согласно последнему отчету BP Statistical Review of World Energy 2018, мировые разведанные запасы нефти составляют 1,696 млрд баррелей, чего при сохранении текущего уровня потребления хватит лет на пятьдесят. Неразведанные запасы нефти, предположительно, дадут нам еще полвека углеводородной энергетики, но и стоимость ее добычи может оказаться такой, что нефть попросту станет невыгодна в сравнении с другими источниками энергии. Когда месторождения с удобной добычей истощатся, цена на сырье автоматически пойдет вверх: если сейчас стоимость добычи барреля в России некоторыми оценивается в 2-3 доллара (по альтернативным оценкам, в 18 долларов), то для сланцевой нефти это уже 30-50 долларов. А впереди у человечества реальная перспектива перейти на добычу шельфовой и арктической нефти, цена которой будет еще выше.

Всплеск интереса к электротранспорту в 70-х годах XX века возник как раз на фоне скачкообразного роста цен на нефть из-за политического кризиса — недостатка в сырье не было, но четырехкратный рост цен мгновенно сделал бензиновые автомобили и нефтяную энергетику роскошью.

А еще на пути бензиновых авто встали более спорные препятствия — забота об экологии в городах и странах, где автомобильный выхлоп стал проблемой. Из-за этого, например, Германия приняла резолюцию о запрете производства автомобилей с ДВС с 2030 года. Франция и Великобритания обещают отказаться от углеводородного топлива до 2040 года. Нидерланды — до 2030 года. Норвегия — до 2025 года. Даже Индия и Китай рассчитывают запретить продажи дизельных и бензиновых авто с 2030 года. Париж, Мадрид, Афины и Мексика запретят к использованию дизельные машины с 2025 года.

Сжигание водорода в ДВС

Сжигание водорода в обычном двигателе внутреннего сгорания кажется самым простым и логичным способом применения газа, ведь водород легко воспламеняется и сгорает без остатка. Однако из-за разницы в свойствах бензина и водорода перевести ДВС на новый вид топлива оказалось не так-то просто. Сложности возникли с долгосрочной эксплуатацией движков: водород вызывал перегрев клапанов, поршневой группы и масла, из-за втрое большей, чем у бензина, теплоты сгорания (141 МДж/кг против 44 МДж/кг). Водород неплохо показывал себя на низких оборотах движка, но при росте нагрузки возникала детонация. Возможным решением проблемы была замена водорода на бензиново-водородную смесь, концентрация газа в которой динамически уменьшалась по мере роста оборотов двигателя.

Двухтопливная BMW Hydrogen 7 в кузове E65 сжигает водород в ДВС вместо бензина

Источник: Sachi Gahan / Flickr

Одним из немногих серийных автомобилей, где водород сжигался в ДВС подобно другому топливу, стал BMW Hydrogen 7, вышедший всего в 100 экземплярах в 2006–2008 годах. Модифицированный шестилитровый ДВС V12 работал на бензине или водороде, переключение между видами топлива происходило автоматически.

Несмотря на успешное решение проблемы перегрева клапанов, на этом проекте все равно поставили крест. Во-первых, при сжигании водорода мощность двигателя падала примерно на 20% — с 260 л. с. на бензине до 228 л. с. Во-вторых, 8 кг водорода хватало всего на 200 км пробега, что в разы меньше, чем в случае с дизельными элементами. В-третьих, Hydrogen 7 появился слишком рано — когда «зеленые» автомобили еще не были так актуальны. В-четвертых, ходили упорные слухи, что Агентство по охране окружающей среды США не разрешило называть Hydrogen 7 автомобилем без вредного выхлопа — из-за особенностей работы ДВС, частицы моторного масла попадали в камеру сгорания и там воспламенялись вместе с водородом.

Mazda RX-8 Hydrogen RE — тот случай, когда водород загубил всю динамику роторного двигателя. Источник: Mazda

Еще раньше, в 2003 году, была представлена двухтопливная Mazda RX-8 Hydrogen RE, добравшаяся до заказчиков только к 2007 году. При переходе на водород от мощности легендарного роторного RX-8 не оставалось и следа — мощность падала с 206 до 107 л. с., а максимальная скорость — до 170 км/ч.

BMW Hydrogen 7 и Mazda RX-8 Hydrogen RE были лебединой песней водородных ДВС: к моменту появления этих автомобилей стало окончательно ясно, что куда эффективней использовать водород в давно известных топливных элементах, чем просто жечь.

Топливные элементы в автомобилях

Первым успешным экспериментом по созданию транспортного средства на водородном топливном элементе можно считать трактор Гарри Карла, построенный в 1959 году. Правда, замена дизеля на топливный элемент снизила мощность трактора до 20 л. с.

В последние полвека водородный транспорт выпускался в штучных экземплярах. Например, в 2001 году в США появился автобус Generation II, водород для которого производился из метанола. Топливные элементы создавали мощность до 100 кВт, то есть около 136 л. с. В том же году российский ВАЗ представил «Ниву» на водородных элементах, известную под именем «Антэл-1». Электродвигатель выдавал мощность до 25 кВт (34 л. с.), разгонял авто максимум до 85 км/ч и на одной заправке работал 200 км. Единственный произведенный автомобиль остался «лабораторией на колесах».

Российский автомобиль на водородных топливных элементах — в то время технологии ушли дальше дизайна. Источник: «АвтоВАЗ»

В 2013 году Toyota встряхнула автомобильный мир, представив модель Mirai на водородных топливных элементах. Уникальность ситуации была в том, что Toyota Mirai был не концепт-каром, а готовым к серийному производству автомобилем, продажи которого начались уже год спустя. В отличие от электромобилей на аккумуляторах, Mirai сама вырабатывала электричество для себя.

Toyota Mirai. Источник: Toyota

Электродвигатель переднеприводной Mirai имеет максимальную мощность 154 л. с., что немного для современного электромобиля, но весьма неплохо в сравнении с водородными авто прошлого. Теоретический запас хода на 5 кг водорода составляет 500 км, фактический — около 350 км. Tesla Model S по паспорту может пройти 540 км. Вот только на заправку полного бака водорода уходит 3 минуты, а батарея Tesla заряжается до 100% за 75 минут на станциях Tesla Supercharger и до 30 часов от обычной розетки на 220 В.

Постоянный ток из 370 водородных топливных элементов Mirai преобразуется в переменный, а напряжение увеличивается до 650 В. Максимальная скорость машины достигает 175 км/ч — немного в сравнении с углеводородным топливом, но более чем достаточно для повседневной езды. Для запаса энергии используется никель-металл-гидридный аккумулятор на 21 кВт∙ч, в который передаётся избыток от топливных элементов и энергия рекуперативного торможения. Учитывая японские реалии, при которых населённые пункты могут в любой момент пострадать от землетрясения, в багажнике Mirai 2016-го модельного года установлен разъем CHAdeMO, через который можно организовать электроснабжение небольшого частного дома, что делает автомобиль генератором на колёсах с предельной ёмкостью 150 кВт∙ч.

Кстати, всего за несколько лет Toyota удалось значительно уменьшить массу генератора: если в начале века в прототипах он весил 108 кг и выдавал 122 л. с., то в Mirai топливный элемент вдвое компактней (объем 37 литров) и весит 56 кг. Справедливо будет прибавить к этому 87 кг топливных баков.

Для сравнения, популярный современный турбомотор Volkswagen 1.4 TSI схожей с Mirai мощностью 140–160 л.с. славится своей «лёгкостью» благодаря алюминиевой конструкции — он весит 106 кг плюс 38–45 кг бензина в баке. Кстати, батарея Tesla Model S весит 540 кг!

За 4 км пробега Mirai вырабатывает только 240 мл дистиллированной, относительно безопасной для питья воды — энтузиасты, пробовавшие «выхлоп» Mirai, сообщали только о лёгком привкусе пластика.

Пить воду, слитую из Mirai, безопасно, хотя сперва зрелище шокирует

В Toyota Mirai установлено сразу два бака для водорода на 60 и 62 литра, в сумме вмещающих 5 кг водорода под давлением 700 атмосфер. Toyota разрабатывает и производит водородные баки самостоятельно вот уже 18 лет. Бак Mirai сделан из нескольких слоёв пластика с углеволокном и стеклотканью. Использование таких материалов, во-первых, повысило стойкость хранилищ к деформации и пробитию, а, во-вторых, решило проблему наводораживания металла, из-за которого стальные баки теряли свои свойства, гибкость и покрывались микротрещинами.

Строение Toyota Mirai. Спереди расположен электродвигатель, топливный элемент спрятан под водительским сидением, а под задним рядом и в багажнике установлены баки и аккумулятор. Источник: Toyota

Каковы перспективы?

По оценкам Bloomberg, к 2040 году автомобили будут потреблять 1900 тераватт-час вместо 13 млн баррелей в сутки, то есть 8% от спроса на электричество по состоянию на 2015 год. 8% — пустяк, если учесть, что сейчас до 70% добываемой в мире нефти уходит на производство топлива для транспорта.

Перспективы рынка аккумуляторных электромобилей куда более явные и впечатляющие, чем в случае с водородными топливными ячейками. В 2017 году рынок электромобилей составлял 17,4 млрд долларов, в то время как водородный автомобильный рынок оценивался в 2 млрд долларов. Несмотря на такую разницу, инвесторы продолжают интересоваться водородной энергетикой и финансировать новые разработки.

Примером тому является созданный в 2017 году «Водородный совет» (Hydrogen Council), включающий 39 крупные компании, таких как Audi, BMW, Honda, Toyota, Daimler, GM, Hyundai. Его целью является исследование и разработка новых водородных технологий и их последующее внедрение в нашу жизнь.

BMW X5 Hydrogen Next на водородном топливе в 2022 году

BMW X5 Hydrogen Next. Еще в марте BMW заявила, что представит небольшое количество моделей BMW X5, работающих на водородных топливных элементах. В продажу данные автомобили поступят в 2022 году. Эти планы компания готова воплотить в планы, делая ставку на альтернативные виды топлива. Согласно новому отчету Bloomberg , генеральный директор BMW Оливер ЗИПС говорит, что водородные технологии “могут потенциально стать еще одной опорой в портфеле BMW.”

Названный BMW X5 Hydrogen Next, среднеразмерный внедорожник будет оснащен системой топливных элементов мощностью 170 л. с., а также блоком eDrive от BMW iX3 . Общая мощность системы ожидается на уровне 374 л. с., согласно предварительным данным силового агрегата, выпущенным в марте. Как водородный автомобиль, внедорожник не будет выделять ничего, кроме водяного пара, и заправка должна занять около трех-четырех минут. Однако поиск удобной водородной заправочной станции может оставаться сложной задачей.

Германия недавно представила план укрепления своей водородной промышленности с инвестициями в размере 7 миллиардов евро. Страна планирует к 2030 году построить 5 гигаватт мощностей по производству зеленого водорода, а к 2035 году удвоить это число.

Топливные элементы в водородном BMW X5 Hydrogen Next будут поступать из партнерства BMW с Toyota, которое началось в 2013 году. Стек топливных элементов и силовой системы разрабатываются компанией BMW.

В марте BMW заявила, что выпустит более ориентированный на потребителя водородный автомобиль самое раннее во второй половине этого десятилетия. Тем временем BMW будет быстро расширять свои автомобили на альтернативном топливе , а в ближайшие несколько лет появятся полностью электрические предложения, такие как iX3 , i4 и iNext.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector