+7(499)-938-42-58 Москва
+7(800)-333-37-98 Горячая линия

Как хранить водород в земле

Как хранить водород в земле

Как хранить водород в земле

Необходимо также найти источник для жидкого водорода, который намного более дорог чем Бензин. Кроме того, как только добавляются сложности в систему из-за криогенной жидкости, транспортное средство становиться низкой по эффективности. 3. Есть Гидриды материалов, которые поглощающие Водород, как губка, поглощает воду.

Как только Гидрид «заряжен» Водородом, Водород становится химически соединенным к химикату. Даже открытие резервуара, не выпустит Водородный газ. Кроме того, можно запустить зажигательный патрон в резервуар, и Гидрид будет только тлеть как сигарета.

Это фактически, более безопасная система хранения, чем резервуар с бензином.

Хранение водорода в адсорбированном состоянии

Плотность можно существен­но повысить, связывая водород с другими веществами.

В этом случае хранение н получение водорода будет включать в себя стадии синтеза соединений с вы­соким содержанием водорода и их диссоциации соответственно. На практике к соединениям, пригодным для хранения водорода, предъявля­ется следующие требования: 1 Высокая емкость.

Для достижения высокой массовой емкости плотность гидрида должна быть относительно низкой. 2. Низкая энергия образования гидрида.

Как правило, водородное топливо используется в реакции с кислородом, про­дуктом которой является вода.

В чем хранить водород

С развитием нанотехнологий ученые приступили к исследованиям углеродных наноэлементов — нанотрубок, нановолокон, наноконусов, которые обладают уникальными свойствами поглощать различные газы. Количество водорода в таких системах зависит от адсорбционных свойств наноструктур, давления и температуры окружающей среды.

Главное же их преимущество — возможность хранить водород при низком давлении.

И хотя до применения еще не дошло, ученые проводят теоретические исследования. В основном они сводились к изучению свойств нанотрубок.

Оказалось, что теоретически они способны накапливать пять-десять процентов водорода при температуре 77 градусов Кельвина, температуре кипения азота.

Ученые из Института прикладной механики Уро РАН считают, что свойства поглощения фуллеренов и других наноструктур, включающих фуллерены, недостаточно изучены.
Поэтому они поставили задачу: исследовать влияние термодинамических

Для хранения малых количеств водорода используют баллоны.

Следует иметь в виду, что мокрые, а также сухие (поршневые) газгольдеры сварной конструкции не обладают достаточной герметичностью. Согласно техническим условиям допускается утечка водорода при нормальной эксплуатации мокрых газгольдеров вместимостью до 3000 м3 – около 1,65%, а вместимостью от 3000 м3 и более — около 1,1% в сутки (считая на номинальный объём газгольдера) .

Одним из наиболее перспективных способов хранения больших количеств водорода является хранение его в водоносных горизонтах. Годовые потери составляют при таком способе хранения 1 – 3%. Эту величину потерь подтверждает опыт хранения природного газа.

Газообразный водород возможно хранить и перевозить в стальных сосудах под давлением до 20 Мпа.

Такие ёмкости можно подвозить к месту потребления на автомобильных или железнодорожных платформах, как в стандартной таре, так и в специально сконструированных контейнерах.

Хранение водорода — различные способы, включая гидридный аккумулятор

Способы хранения водорода Фазовое состояние и способ хранения водородаЕмкость с водородом Масса, %Объем, % Жидкий в сосуде Дьюара100100 Связанный в гидриде FeTi + NiMg64256 Связанный в гидриде FeTi86763 Газообразный под давлением 14 МПа1725594 Для хранения водорода в автомобиле наиболее выгодно использовать гидриды металлов.

Эти свойства гидридов при применении в автомобиле дают преимущества по сравнению с другими способами хранения водорода. При движении автомобиля емкость с гидридами нагревается жидкостью системы охлаждения или же отработавшими газами двигателя.

Хранение водорода с помощью алюминиево-титанового соединения

Лучшим решением стала бы разработка материала, который при неэкстремальных температуре и давлении может эффективно хранить отдельные атомы водорода и легко выпускать их.

Первым шагом в этом процессе является активация водорода, т.е. нарушение химических связей, удерживающих два атома водорода вместе.

Обычно это достигается путем воздействия катализатора на молекулярный водород.

В настоящее время лучшие каталитические материалы изготавливаются из дорогостоящих металлов, таких как палладий и платина. Американские ученые открыли новый метод активации водорода, основанный на более дешевом алюминии.

В нормальных условиях этот инертный металл не вступает в реакцию с молекулярным водородом, но ученые обнаружили, что если пропитать алюминий некоторыми другими металлами, то можно запустить каталитическую реакцию.

Ключом стал титан, он дешевле платины и для создания алюминиево-титанового катализатора его нужно совсем немного.

Хранение и транспортировка водородного топлива

Данные методы характеризуются сильным взаимодействием молекулярного либо атомарного водорода с материалом среды хранения. Данная группа методов главным образом включает следующие: Адсорбционный:

  1. активированный уголь;
  2. углеводородные наноматериалы.
  3. цеолиты и родственные соединения;

Абсорбция в объёме материала (металлогидриды) Химическое взаимодействие:

  1. губчатое железо;
  2. водореагирующие сплавы на основе алюминия и кремния.
  3. аммиак;
  4. алонаты;
  5. фуллерены и органические гидриды;

Некоторые металлические сплавы типа магний-никель, магний-медь и железо-титановые сплавы поглощают водород в относительно больших количествах и освобождают его при нагреве.

Гидриды, однако, хранят водород с относительно небольшой плотностью энергии на единицу веса, а процессы их заправки идут недопустимо медленно. Цель проводимых

О безопасности устройств и систем, использующих водород

1.

Требования, установленные в настоящем техническом регламенте, должны учитываться при проектировании, монтаже, эксплуатации и выводе из эксплуатации устройств и систем, предназначенных для производства, хранения, транспортировки и использования водорода. 2. Требования, установленные в настоящем техническом регламенте, не распространяются на водородные устройства и системы, в которых может единовременно находиться не более одного килограмма водорода.

Источник: https://27advokat.ru/kak-hranit-vodorod-v-zemle-48094/

Технологии и способы хранения водорода

Как хранить водород в земле

Создание компактных, надежных и недорогих систем хранения и транспортировки водорода является одной из ключевых проблем развития водородной энергетики.

Сложность этой задачи определяется тем, что в свободном состоянии водород — самый легкий и один из самых низкокипящих газов.

Достаточно сказать, что в жидком и твердом состояниях водород более чем на порядок легче воды и на порядок легче бензина.

Наиболее известный способ хранения водорода — это хранение в сжатом состоянии. По своим массогабаритным характеристикам и по характеристикам взрывопожаробезопасности он не полностью удовлетворяет условиям эксплуатации в наземном транспорте и в морских условиях, особенно на подводных кораблях и аппаратах.

Взрывопожароопасным является и еще один известный вариант хранения водорода — в криогенном виде. Несмотря на то, что этот вариант хранения широко применяется в космической технике, он имеет существенные недостатки.

Неоднократно выполненные исследования проблемы взрывопожаробезопасности криогенного водорода показали, что для транспортных установок допустимо только кратковременное хранение водорода (не более нескольких суток), да и то при условии тщательного обоснования.

При этом параметры взрывопожаробезопасности в значительной степени определяются объемом хранимого газа и улучшаются с уменьшением объема. Именно последнее обстоятельство позволило в лунной экспедиции космического корабля «Аполлон» использовать этот метод хранения.

Что же касается возможности использования криогенного метода на кораблях и особенно на подводных лодках, где масса хранимого водорода во много раз больше, чем на космических кораблях, а время хранения составляет десятки суток, то вряд ли этот способ может оказаться приемлемым.

С точки зрения безопасности наиболее предпочтительный способ хранения водорода для транспортных средств — связанное хранение — либо в химически связанном виде (гидриды), либо с использованием управляемых способов сорбции-десорбции водорода некоторыми интерметаллическими соединениями. Именно способ связанного хранения водорода в гидридах интерметаллидов применяется на немецких подводных лодках типа U-212.

Перспективность хранения и генерации водорода в химически связанном состоянии определяется следующими особенностями этого способа:

  • накоплением водорода в составе гидридов, используемых как промежуточный продукт при транспортировке и хранении;
  • генерацией водорода непосредственно в месте его потребления, в частности на транспортном средстве, путем разложения гидридов одним из известных путей. Этот процесс может быть включен в рабочий цикл установки, что исключает необходимость предварительного накопления водорода перед его использованием;
  • применением принципа аккумулятора с возможностью многократной зарядки и разрядки без замены сорбентов;
  • относительно низкими давлением и температурой в процессе эксплуатации. Существенными недостатками этого способа являются большая удельная масса системы хранения и относительно высокая стоимость.

Классификация методов хранения водорода

В соответствии с классификацией департамента энергетики США, методы хранения водородного топлива можно разделить на 2 группы.

Первая группа включает физические методы, которые используют физические процессы (главным образом, компрессирование или ожижение) для переведения газообразного водорода в компактное состояние. Водород, хранимый с помощью физических методов, состоит из молекул Н2, слабо взаимодействующих со средой хранения. На сегодня реализованы следующие физические методы хранения водорода:

Сжатый газообразный водород:

  • газовые баллоны;
  • стационарные массивные системы хранения, включая подземные резервуары;
  • хранение в трубопроводах;
  • стеклянные микросферы.

Жидкий водород: стационарные и транспортные криогенные контейнеры.

Вторая группа включает химические методы, в которых хранение водорода обеспечивается физическими или химическими процессами его взаимодействия с некоторыми материалами. Данные методы характеризуются сильным взаимодействием молекулярного либо атомарного водорода с материалом среды хранения и являются следующими:

Адсорбционный водород:

  • цеолиты и родственные соединения;
  • активированный уголь;
  • углеводородные наноматериалы.

Абсорбция в объеме материала (металлогидриды).

Химическое взаимодействие:

  • алонаты;
  • фуллерены и органические гидриды;
  • аммиак;
  • губчатое железо;
  • водореагирующие сплавы на основе алюминия и кремния.

Таблица 10.1
Удельные показатели пяти способов хранения

Хранение водорода в газообразном виде под давлением

Это самый традиционный способ хранения водорода. Поскольку водород ведет себя по добно идеальному газу при температуре окружающей среды, справедливо уравнение для идеальных газов:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T,

где n — количество водорода, моль; R — газовая постоянная.

Количество энергии, сохраненной в форме химической энергии сжатого водорода, может быть оценено изменением теплосодержания, когда водород использован, — например, когда он реагирует с кислородом, в результате чего получается вода.

Наземное хранение газообразного водорода

Наземные водородные контейнеры хранения отличаются по размерам, но имеют, как правило, стандартное давление 20 МПа. Есть также контейнеры высокого давления (> 20 МПа) и большие сферические контейнеры низкого давления (> 15 000 м3 и 1,2— 1,6 МПа).

Самый обычный материал, используемый в водородных контейнерах, — сталь. Это весьма дешевый и практичный материал, но тяжелый, и, таким образом, гравиметрическая плотность хранения водорода с учетом массы контейнера оказывается низкой. Некоторые контейнеры сделаны из алюминия.

Такие баллоны при одинаковых давлениях легче стальных.

Идеальная объемная плотность энергии водорода под давлением 20 МПа при температуре окружающей среды составляет 651,4 кВт ∙ ч/м3. Для реальных систем эта величина, естественно, меньше, и когда принят во внимание контейнер, объемная плотность энергии в случае применения стальных контейнеров (цилиндрических баллонов) составит 537 кВт ∙ ч/м3.

Гравиметрическая плотность энергии (или удельная энергия) в баллоне под давлением, в отличие от объемной, очень сильно зависит от свойств материала контейнера.

Традиционные стальные баллоны позволяют достигать плотности энергии приблизительно 0,45 кВт ∙ ч/кг, что эквивалентно 1,1 % массы сохраненного водорода по отношению к общей массе системы хранения.

За счет оптимизации контейнера и выбора материала может быть достигнута относительная плотность 1,5—2,6 % массы сохраненного водорода от общей массы системы хранения.

Применение новых материалов позволило создать ультралегкие бесшовные контейнеры из углеродного волокна.

В этих контейнерах достигнута гравиметрическая плотность 6 % от веса.

Одно из положительных свойств контейнеров заключается в том, что они не пропускают водород, протечки практически отсутствуют. Небольшие утечки могут быть через соединения, но с помощью надлежащих стыков и регуляторов их легко предотвратить.

Подземное хранение газообразного водорода

Подземные пещеры — простой и относительно дешевый метод для крупномасштабного хранения водорода. Есть несколько различных видов пещер, которые могут использоваться: солевые пещеры, естественные пещеры и структуры водоносного слоя. Соль часто залегает в форме уровней, которые могут иметь толщину до нескольких сотен метров. Они фактически непроницаемы для воды и воздуха.

Водоносные слои расположены в пористых геологических уровнях. Газ вводится в пористый слой, первоначально заполненный водой, в котором и накапливается. Применение этого метода требует специальных геологических условий, он может использоваться только в некоторых регионах.

Помимо солевых пещер и водоносных слоев, водород может быть сохранен в естественных и искусственных пещерах.

Давление в земных пещерах изменяется от 8 до 16 МПа, и, таким образом, объемная плотность энергии составляет приблизительно 250—465 кВт ∙ ч/м3. В структурах водоносных слоев плотность энергии, естественно, значительно меньше. Потери, вызванные утечками в земных пещерах, составляют приблизительно 1—3 % от полного объема в год.

Хранение водорода в сжиженном виде

Жидкий водород используется как топливо в космической технологии в течение многих лет. Сосуды с жидким водородом легче, чем сосуды под давлением.

Однако водород превращается в жидкость при температуре 20,25 °К, и следовательно, система хранения требует сложных методов изоляции для предотвращения испарения.

Квантово-механический анализ водорода показывает, что есть два различных вида водородных молекул: ортоводород с параллельным ядерным вращением и параводород с антипараллельным ядерным вращением.

Это определяет необычное поведение теплоемкости водорода при низких температурах и приводит к отличию идеальной необходимой работы для сжижения водорода от экспериментальных данных.

Реальная энергия, которая должна быть израсходована для сжижения водорода, — при близительно 11 кВт ∙ ч/кг, что составляет около 28 % от высшей теплоты горения водорода. Это одна из самых больших проблем использования жидкого водорода. Однако эта потеря энергии в некоторых случаях частично компенсируется большой ее плотностью.

Плотность жидкого водорода, включая контейнер хранения, составляет приблизительно 25,9 % по массе, при этом массовая плотность энергии равна 10,1 кВт ∙ ч/кг и объемная плотность энергии — приблизительно 2760 кВт ∙ ч/м3.

Контейнеры хранения теряют энергию при неизбежном испарении водорода, которое вызвано теплопроводностью изоляции.

Потери на испарение изменяются от 0,06 % в день для больших контейнеров до 3 % в день — для маленьких сосудов. Контейнеры обычно имеют комбинированную изоляцию. Она включает вакуумную изоляцию, охлаждаемые паром лучевые экраны и обычную многослойную изоляцию (рис. 1.6).

Рис. 1.6 Схема изоляции контейнера для хранения жидкого водорода

Вакуумная изоляция уменьшает передачу теплоты теплопроводностью, поскольку теплопроводность газа сильно уменьшается при уменьшении его давления. Несколько отражающих экранов, окружающих внутренний контейнер (так называемая многослойная изоляция), могут уменьшить передачу теплоты излучением.

Значительное сокращение скорости испарения водорода, связанного с потоком теплоты q, может быть достигнуто путем охлаждения экранов изоляции вентилируемым водородным паром. Это уменьшает температурный перепад между экранами изоляции, что приводит к меньшему потоку теплоты. Такой метод используется прежде всего в больших контейнерах.

Хранение водорода в связанном виде

Металлические гидриды состоят из металлических атомов, которые составляют ведущую решетку, и водородных атомов, которые находятся в своеобразных ловушках, представляющих собой дефекты решетки или вакансию. Ловушка бывает дефектом строки, в котором могут накопиться атомы водорода.

Такая дефектная строка увеличивает напряжение решетки, особенно если два смежных атома повторно объединяются, чтобы формировать молекулярный водород.

С этого момента адсорбция водорода увеличивает размер решеток, поэтому металл обычно используют в виде порошка, чтобы предотвратить растрескивание крупных металлических частиц.

ontakteWhatsAppEmail

Источник: https://metallurgist.pro/tehnologii-i-sposoby-hraneniya-vodoroda/

/ Прием на работу / Как хранить водород в земле

Публикации: Наноматериалы (рубрикатор)

В связи с истощением запасов природных ресурсов сегодня перед человечеством встаёт очень важная проблема: какой источник энергии в будущем заменит традиционные виды топлива? Давайте посмотрим вокруг нас: топливо, которое мы сжигаем каждый день в баках автомобилей и которое используется для обогрева нашего жилья, вода, которую мы пьём, полимеры, которые нас окружают, содержат водород, во всех живых существах также содержится огромное количество водорода, звёзды состоят, в основном, из водорода и гелия. H2 – самый распространённый элемент во вселенной (до 92% всех атомов во Вселенной). Реакция окисления водорода происходит с выделением достаточно большого количества тепла (~300 кДж/моль воды), при этом не образуется вредных для экологии оксидов азота, углерода и серы.

Эту реакцию можно проводить двумя различными путями: обычное горение и окисление с использованием электрохимических ячеек, в которых может быть реализован КПД вплоть до 95-97%.

Проблема хранения водорода

Получение водорода — лишь первый шаг в водородной энергетике (рис.

9.7). Следующая проблема заключается в хранении водорода в такой форме, которая могла бы быть достаточно дешевой,

Рис. 9.7. Различные пути получения водорода простой в обращении и безопасной для потребителя. Поскольку водород — очень легкий газ, он содержит значительно меньше энергии, чем обычное жидкое топливо, находящееся под тем же давлением.

В нормальных условиях для того чтобы получить эквивалентное количество энергии, надо затратить такое количество водорода, которое занимает примерно в 3000 раз больший объем, чем бензин. Таким образом, прежде чем использовать водород для хранения энергии, его вначале надо сжать, подвергнуть ожижению или адсорбировать на каком-то твердом носителе.

Хранение водорода в жидком виде требует использование высокого давления, особо

3.3.2. Хранение и использование водорода

В больших количествах водород лучше всего хранить под землей.

Для этого можно использовать выработанные коллекторы-пустоты, оставшиеся после выкачивания нефти и природного газа, или шахты и прочие подземные сооружения. Подобные хранилища имеются в Великобритании и Франции.

В водородной энергетической системе из воды, одновременно с водородом, производится и кислород.

Он также может быть помещен в хранилища и доставлен по трубопроводам к месту потребления или выброшен в атмосферу. При сжигании водород соединяется с кислородом или из хранилища, или прямо из воздуха. Электричество может быть

Водородная энергетика: способы хранения водорода

Данный пост является продолжением темы водорода и водородной энергетики, освещаемой мною в постах.

Я рассказывал про историю изучения данного элемента и о способах производства водорода.

В данном тексте я хочу в цифрах и фактах рассказать о водороде. Блок саморекламы, заинтересовало зайди загляни, тебе не сложно, а мне приятно ��.

Пост будет посвящён водородной энергетике, а в частности промышленн.

Они включают в себя большие и малые стационарные газовые хранилища, мобильные системы хранения (например, танкеры и автоцистерны).

Ввиду низкой плотности водорода, его

Изобретен материал для хранения водорода даже в кармане

Экология потребления.Наука и техника: Водород имеет большой потенциал в качестве будущего источника экологически чистой энергии.

Водород имеет большой потенциал в качестве будущего источника экологически чистой энергии. Проблема состоит в том, что газообразный водород трудно безопасно хранить и перевозить.

Интенсивность, с которой он горит, сделала жидкий водород топливом для космической промышленности, для этого он должен быть сжиженным при очень низких температурах. В настоящее время японская исследовательская группа изобрела компактный, гибкий полимер, который может быть использован для создания пластикового контейнера в котором водород можно безопасно носить даже в кармане.

Источник: https://help-avto76.ru/kak-hranit-vodorod-v-zemle-34052/

Технологии и способы хранения водорода

Именно последнее обстоятельство позволило в лунной экспедиции космического корабля «Аполлон» использовать этот метод хранения.

Что же касается возможности использования криогенного метода на кораблях и особенно на подводных лодках, где масса хранимого водорода во много раз больше, чем на космических кораблях, а время хранения составляет десятки суток, то вряд ли этот способ может оказаться приемлемым.

С точки зрения безопасности наиболее предпочтительный способ хранения водорода для транспортных средств — связанное хранение — либо в химически связанном виде (гидриды), либо с использованием управляемых способов сорбции-десорбции водорода некоторыми интерметаллическими соединениями.

Перспективность хранения и генерации водорода в химически связанном состоянии определяется следующими особенностями этого способа:

Хранение водорода (стр.

1 из 2)

Данные методы характеризуются сильным взаимодействием молекулярного либо атомарного водорода с материалом среды хранения. Данная группа методов главным образом включает следующие: Адсорбционный: цеолиты и родственные соединения; активированный уголь; углеводородные наноматериалы.

Абсорбция в объёме материала (металлогидриды) Химическое взаимодействие: алонаты; фуллерены и органические гидриды; аммиак; губчатое железо; водореагирующие сплавы на основе алюминия и кремния.

Хранение газообразного водорода не является более сложной проблемой, чем хранение природного газа.

На практике для этого применяют газгольдеры, естественные подземные резервуары (водоносные породы, выработанные месторождения нефти и газа), хранилища, созданные подземными атомными взрывами.

Доказана принципиальная возможность хранения газообразного водорода в соляных кавернах, создаваемых путём растворения соли водой через боровые скважины.

Хранение газообразного водорода под давлением

Необходимо только иметь газовые баллоны с хорой1, коэффициентом эффективности. Алюминиевые баллоны современной конструкции, усиленные оболочкой углеволокна, выглядят многообещающе.

Они относительно легкие и могут сол ■ жать газ при давлении 500 атм: баллон объемом 0,15 м3 (150 л) может вмест 6 кг водорода (860 МДж) при суммарной массе менее 90 кг.

Массовая емкое такого баллона составляет 6,7 % и сравнима с емкостью металлогидридных сис тем хранения водорода, рассмотренных в этой главе далее.

Характер выхода і строя таких баллонов некатастрофичен: при разрыве оболочка не разлетает.

■ шрапнелью, а лишь отслаивается. Конструкция выполнена таким образом, утечка газа начинается до разрыва баллона.

Рассмотренный 150-литровый баллон может представлять собой цилиндр (г и ■ на 1,5 м, диаметр 0,36 м), разместить который на борту транспортного средс не представляет особых трудностей.

На настоящий момент рекомендованное к соображений безопасности отношение давления разрыва к рабочему давление составляет 3:1, таким образом, давление разрыва баллона должно быть не мен 1500 атм, коэффициент эффективности при этом 250 кДж/кг.

Справочная: как работают водородные автомобили и когда они появятся на дорогах

Как хранить водород в земле

В Испании, где я сейчас живу, довольно много электромобилей — встречаю их практически каждый день, как на дорогах, так и на станциях для зарядки.

И каждый год электрокаров становится все больше (не только в Испании, конечно). Но есть и альтернатива — автомобили на водородном топливе, которые тоже не загрязняют природу, поскольку их выхлоп — вода.

Тема сегодняшней справочной — водородные машины, принцип их работы и перспективы.

Когда появились первые автомобили на водороде?

Изобрел двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, Франсуа Исаак де Ривас (François Isaac de Rivaz) в 1806 году. Водород он получал с помощью электролиза воды. Поршневой двигатель, который создал изобретатель, называют машиной де Риваса (De Rivaz engine).

Зажигание было искровым, двигатель имел шатунно-поршневую систему работы. Ну а цилиндр приводился в движение детонацией смеси водорода и кислорода электрической искрой — ее приходилось генерировать вручную в момент опускания поршня.

Через два года этот же изобретатель построил уже самодвижущееся устройство с водородным двигателем. Но более-менее широко применять водород для работы автомобильных двигателей стали много лет спустя. В 1941 году в блокадном Ленинграде автомобильные двигатели ГАЗ-АА были модифицированы инженер-лейтенантом Б. И. Шелищем.

Движки управляли лебедками аэростатов заграждения (их заправляли водородом, и запасов газа в Ленинграде было много), но это были автомобильные двигатели. Кроме того, были модифицированы и несколько сотен движков в автомобилях.

Начиная с 1980-х сразу в нескольких странах, включая США, Японию, Германию, СССР и Канаду стартовало экспериментальное производство по созданию автомобилей, работающих на водороде, бензин-водородных смесях и смесях водорода с природным газом.

В 1982 году нефтеперерабатывающий завод «Квант» и завод РАФ разработали первый в мире экспериментальный водородный микроавтобус «Квант-РАФ» с комбинированной энергоустановкой на основе водородо-воздушного топливного элемента мощностью 2 кВт и никель-цинковой аккумуляторной батареи емкостью 5 кВт*ч.

На протяжении многих лет такие автомобили разрабатывали в разных странах по большей части в качестве эксперимента. После того, как концепция «зеленого» автомобиля стала популярной, автомобилями на водороде заинтересовались крупные корпорации вроде Toyota. Начиная с 2000-х, автомобильные компании стали разрабатывать концепты коммерческих авто.

А где брать водород?

Водород можно получать разными методами:

  • паровая конверсия метана и природного газа;
  • газификация угля;
  • электролиз воды;
  • пиролиз;
  • биотехнологии.

Наиболее экономичным способом производства водорода сейчас считается паровая конверсия.

Так называют получение водорода из легких углеводородов (метан, пропан-бутановая фракция) с использованием парового риформинга. Риформингом называют процесс каталитической конверсии углеводородов в присутствии водяного пара. Водяной пар смешивается с метаном при высокой температуре (700–1000 Сº) и большом давлении с использованием катализатора.

При паровой конверсии водород получать дешевле, чем используя любые другие методы, включая электролиз. Наиболее безвредный способ производства водорода — электролиз — получение водорода из воды с использованием электрического тока. Чистота выхода водорода близка к 100%.

Если не считать загрязнение для получения электричества, такие установки почти безвредны для окружающей среды, поскольку в процессе работы выделяются только водород и кислород. Еще один безопасный для окружающей среды способ получения водорода — реактор с биомассой.

Источник Производить водород можно и на крупной фабрике, и на относительно небольшом предприятии. Чем масштабнее производство — тем ниже себестоимость газа. Но зато в первом случае увеличиваются расходы на доставку водорода к местам заправки машин.

Как работает топливная система и какие есть варианты?

Лучше всего рассмотреть принцип работы такой системы на примере серийных водородных авто Toyota Mirai. Основа — топливный элемент, электрохимическая система, преобразующая частицы водорода и кислорода в воду. Внутри такого элемента — протонпроводящая полимерная мембрана, которая разделяет анод и катод. Обычно это угольные пластины с нанесенным катализатором.

На катализаторе анода молекулярный водород теряет электроны, катионы проводятся через мембрану к катоду, а электроны отдаются во внешнюю цепь. На катализаторе катода молекулы кислорода соединяются с электроном и протоном, образуя воду. Пар или жидкость — это единственный продукт реакции.

Преимущество топливных ячеек на основе протонообменных мембран — высокая удельная мощность и относительно низкая рабочая температура. Они быстро греются и почти сразу после старта начинают производить энергию. В Mirai используются топливные элементы с высокой удельной мощностью на единицу объема (3,2 кВт/л), максимальная их мощность 124 кВт.

Произведенный топливным элементом постоянный ток преобразуется в переменный с одновременным повышением напряжения до 650 В. Электричество поступает в литий-ионный аккумулятор. Для движения машина расходует запасенную в нем энергию. Водород в топливный элемент Mirai поступает из баллонов высокого давления (около 700 атм).

Блок управления в автомобиле контролирует режим работы топливного элемента и зарядку/разрядку аккумулятора.

По данным Toyota на 100 км пути Mirai требуется до 750 граммов водорода. Владельцы Mirai говорят о примерно килограмме водорода на 100 км пути.

Такие автомобили опасны? Почему?

Поскольку водород — горючий газ, то транспортировать и хранить его нужно осторожно. Нужны высокочувствительные газоанализаторы, которые смогут дать сигнал в случае утечки.

Правда, водород очень летучий газ (ведь это самый легкий химический элемент) и при попадании в атмосферу водород быстро поднимается вверх. Сгорает он очень быстро. Дирижабль «Гинденбург» горел всего 32 секунды.

Благодаря скоротечности пожара погибли далеко не все пассажиры, выжили 62 человека из 97, находившихся в гондоле дирижабля.

Тем не менее, если автомобилей на водороде станет много, то потребуются новые меры безопасности движения на дорогах.

Машины с ДВС тоже опасны — в случае аварии и пробоя бака бензин или дизельное топливо вытекают на дорогу и могут воспламениться. Если будет пробит бак с водородом, газ очень быстро улетучится. Но если близко будет источник открытого огня или искр, водород может загореться.

В Mirai и других моделях водородных авто используются очень прочные баки для водорода. Toyota сделала свои баки пуленепробиваемыми, их стенки из сверхпрочного волокна выдерживают выстрелы из крупнокалиберного оружия. Для тестов компания наняла снайперов и пробить бак смогла только пуля калибром .50 после двойного попадания в одно и тоже место. Если соблюдать меры безопасности, водородные автомобили не опаснее машин с ДВС.

Какой срок службы у топливных ячеек?

Пока что такая информация есть лишь для Mirai. Toyota заявляет, что одна ячейка гарантированно будет работать на протяжении 250 000 км. Затем, если работа ячейки ухудшается, ее можно заменить в сервисном центре.

Какие компании уже выпускают или собираются выпускать автомобили на водороде?

Водородные машины разрабатывают Honda, Toyota, Mercedes-Benz и Hyundai — у этих компаний уже есть готовые транспортные средства. Другие показывают пока лишь концепты (впрочем, рабочие) или просто красиво отрендеренные картинки.

К числу первых можно отнести Audi и Ford, к числу вторых — BMW (справедливости ради нужно сказать, что в 2007 году BMW выпустила партию из 100 экспериментальных «водородных» моделей, которые так и остались экспериментом) и Lexus.

В серию запущены пока лишь Toyota Mirai и Honda Clarity. Их можно приобрести в США и Европе.

Сколько это стоит?

В настоящий момент водородные автомобили немного дороже обычных в плане эксплуатации.

Так, при поездке в Европе протяженностью 480 км затраты на горючее для владельца обычной машины составят примерно $45, а вот владелец Mirai заплатит около $57.

И это при том, что правительство некоторых стран субсидирует производство водорода для машин. Стоимость 1 кг водорода составляет в среднем $11.45.

Чем водородные авто лучше электромобилей?

Собственно, вопрос не совсем корректный. Дело в том, что и автомобиль на водороде, с топливной ячейкой, и «чистый» электрокар — это электромобили. Просто в одном случае машину заправляют водородом, во втором — электричеством. Если сравнивать стоимость большинства электромобилей и Toyota Mirai, то они сравнимы, это несколько десятков тысяч долларов США.

Стоимость Hyundai ix35 Fuel Cell составляет около $53 тыс., Toyota Mirai — $57 тыс., Honda Clarity — $59 тыс. Стоимость электрокаров Tesla начинается с $45 тыс. (базовая комплектация с прайсом в $35 тыс. пока доступна лишь для предзаказа). Электромобили от BMW стоят около $50 тыс.

Водородные автомобили быстро заправляются — на это уходит всего 3–5 минут, в отличие от электромобилей, где нужно от получаса до нескольких часов для подзарядки. Основное достоинство водородного транспорта в том, что топливные ячейки служат много лет и практически не нуждаются в обслуживании. Если взять «чистый» электромобиль с его огромной батареей, то ее срок службы всего 1–1,5 тыс.

циклов, то есть 3-5 лет. Причем водородный автомобиль без проблем будет работать на морозе (заводиться в том числе), а вот аккумулятор электромобиля потеряет заряд.

Какие перспективы у водородных машин и когда их можно будет увидеть на дорогах?

Водородные автомобили уже колесят по дорогам Европы и США (возможно, единичные экземпляры есть и в других регионах). Но их немного — несколько тысяч, что нельзя назвать массовым внедрением. Проблема, которая сейчас мешает распространению водородных транспортных средств — отсутствие инфраструктуры (всего несколько лет назад аналогичная проблема была актуальной и для электромобилей).

Нужны специализированные фабрики по производству водорода, транспортные системы для водорода и заправки.
Водородные АЗС в 2019 году(источник) Кроме того, водород получается довольно дорогим, так что если электромобили покупают, в частности, для экономии на топливе, то в случае водородной машины — это не вариант.

При массовом появлении фабрик по производству водорода для машин, а также сервисной инфраструктуры можно ожидать выхода гораздо большего числа транспортных средств на водороде на дороги общего пользования.

Но нет гарантии, что это вообще случится ли это или нет — пока неясно. Автопроизводители вроде Toyota активно продвигают свои машины и преимущества водорода в транспортной сфере.

Но конкуренция слишком велика, как среди обычных машин с ДВС, так и среди электромобилей.

  • водород
  • автомобили
  • электрокары
  • транспорт
  • будущее
  • справочная

Источник: https://habr.com/post/450886/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.