Водородный автомобиль

Начало «водородной эры» исторически относится к 1806 году, когда Франсуа Исааком де Риваз был открыт двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, который изобретатель производил электролизом воды. Эта технология со временем стала использоваться в аэростатах, а с появлением водородных топливных элементов - и в других видах транспорта.

Причин интереса к водородному транспорту можно назвать много. Взять хотя бы статистику выброса парниковых газов в результате использования бензина и низкосортного дешёвого горючего: на сегодняшний день эта цифра практически достигает 25%, и по мере того, как в развивающихся странах увеличивается число личных автомобилей, эти показатели прогрессируют. Кроме углекислого газа в атмосферу выбрасываются оксиды азота, серы и т. д. Да и с финансовой точки зрения, прогнозируемый дефицит топлива, рост цен на энергоносители и стремление различных стран достичь независимости в сфере энергетики подталкивает серьёзных производителей к введению инноваций в машиностроительной отрасли.

Обычный двигатель внутреннего сгорания для работы на водороде не подходит - водород легко воспламеняется от высокой температуры выпускного коллектора, - поэтому для работы на водороде используется роторный двигатель, так как в нём выпускной коллектор значительно удалён от впускного. Характерным в использовании этого вида топлива является снижение мощности двигателя до 82 %-65 % в сравнении с бензином. Конечно, можно внести некоторые изменения в систему зажигания, - и тогда мощность двигателя увеличивается до 117 % в сравнении с бензиновым аналогом, но из-за более высокой температуры в камере сгорания значительно увеличится выход окислов азота. Кроме того, водород при тех температурах и давлениях, которые создаются в двигателе, может вступать в реакцию с материалами двигателя и смазкой, приводя к более быстрому износу. Промежуточным решением стали смеси традиционных топлив с водородом. Например, HCNG - смесь с природным газом. На борту транспортного средства размещаются установка, производящая из дистиллированной воды водород, который затем добавляется к дизельному топливу. Такой ход позволяет сократить расход топлива, увеличить мощность двигателя и сократить выхлоп. Чаще всего такие установки внедряются на крупные грузовики и горную технику.

Ошибочно полагать, что для создания автомобиля с нулевым выхлопом достаточно перевести роторный мотор на водородное топливо. Здесь есть одна тонкость: водород горит в воздухе, а не в чистом кислороде, - поэтому в атмосферу все же выбрасываются окислы азота. Хорошая новость в том, что всемирно объявленный экологическим врагом номер один, - углекислый газ -  в выхлопе отсутствует полностью.

Для городского транспорта применяется, в основном, топливо по принципу разделения, - тоесть, в запасе есть и водород, и бензин, которые не смешиваются, предпочитая мощности экологичность. Пока такие транспортные биотопливные средства выпускаются ограниченными партиями: это городские автобусы MAN Lion City Bus и Ford E-450, а так же легковые автомобили нового типа BMW Hydrogen 7 и Mazda RX-8 hydrogen, об особенностях которых далее пойдёт речь.

BMW Hydrogen 7 ( 12-цилиндровый двигатель объёмом 6 литров )

Двигатель внутреннего сгорания может работать на бензине или водороде по очереди. На авто установлен бензобак 74 литра, и баллон для хранения 8 кг водорода. Таким образом, проехав 200-300 км на водороде, может дальше использовать бензин хотя бы для того, чтобы добраться до ближайшей водородной заправки. К слову, для пробега на бензине у BMW Hydrogen 7 останется ещё 480 км.

Основные параметры:

• При работе на водороде мощность двигателя составляет 170 кВт. (228 л.с.), вращающий момент 337 Нм. При работе на бензине двигатель развивает мощность 194 кВт. (260 лс.).
• Максимальная скорость 229 км/ч.
• Разгон до 100 км/ч за 9,5 сек.

Переключение с одного вида топлива на другое происходит автоматически, однако предпочтение всё же отдаётся водороду.

BMW Group разрабатывает водородные технологии уже более 20 лет. В ходе испытатаний для системы хранения водорода водородный бак разрушали под высоким давлением, нагревали на открытом огне до температуры 1000° Цельсия в течение 70 минут, деформировали твёрдыми и тяжёлыми предметами, - однако, несмотря на весь пессимизм критиков, водород, находящийся в баке, не взрывался. Поэтому производитель запустил программу «Clean Energy» для распространения в разных странах новых водородных BMW-7. Автомобили были проданы лишь для аренды, причём большая их часть успешно перекочевала в Европу ещё в 2007 году. В качестве средства популяризации компания запустила в Штатах пиар-программу «BMW Hydrogen 7 Pioneer Program», по задуму которой этими авто пользовались такие звёзды мировой величины, как Бредд Питт, Анджелина Джоли, Ричард Гир, Шарон Стоун, Пласидо Доминго и другие известные шоу-мены. А весной 2008 года BMW представила монотопливную версию «BMW Hydrogen 7», работающую только на водороде.

Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid

Роторный двигатель

Фирменный маздовский роторный двигатель, как оказалось, прекрасно работает и на водородном топливе. После ряда опытов на основе Mazda5, так же известного как минивэн Premacy, был создан пятиместный гибрид, - намного более практичный, чем купе RX-8: двухсекционный роторный двигатель развивает 109 лошадиных сил как на бензине, так и на водороде, и работает в паре со 110-киловаттным электромотором, который может питаться и от ротора, и от батареи. Генератор так же выполняет функцию стартера, и может передавать энергию от двигателя сразу к электромотору, минуя батарею, что дает водителю ощущение прямой связи акселератора с двигателем. Если бак с водородом опустеет, Mazda Premacy продолжит движение на бензине.

Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid - технические данные

С мая 2009 года несколько электроводородных  Mazda Premacy переданы в коммерческий лизинг, что служит еще одним тестом в реальных условиях для экспериментальных машин.

2008 Mazda rx-8 hydrogen

Существует так же другой способ использования водорода в транспортной сфере, - топливные элементы. Суть таких конструкций в получении электрического тока в ходе химической реакции синтеза воды из водорода и кислорода с выделением тепла. Первое транспортное средство на топливных элементах, используя щёлочь в качестве основы, создала в 1957 году компания Allis-Chalmers Manufacturing Company. Испробовав новинку на  тракторе и машине для гольфа, производители решились оснастить ею технику посерьёзней.

У топливных элементов есть масса плюсов. Во-первых, это отсутствие жёсткого ограничения на КПД, как у тепловых машин. Высокий КПД ( 60-80% в сравнении с 35-38% дизельных генераторов ) достигается благодаря прямому превращению энергии топлива в электроэнергию. Во-вторых, топливные элементы легче и менее габаритные. К тому же, производят меньше шума, меньше нагреваются, и более эффективны с точки зрения потребления топлива.

В настоящий момент производят и испытывают такие автомобили на водородных топливных элементах как Focus FCV, Honda FCX, Tucson ( Hyundai ), FCEV X-TRAIL FCV (Nissan ), Toyota Highlander FCHV, Volkswagen space up, Mercedes-Benz A-Class и другие.

Чтобы помочь внедрению водородного топлива на транспорте, Норвегия, Япония и многие другие страны не только строят «водородные трассы», оснащённые заправками, но и искусственно удерживают цену на водород ниже себестоимости. Кроме того, разрабатываются стандарты транспортировки и применения водорода. И не беда, что для безопасности хранения баллонов нужно пожертвовать местом в багажнике, ведь совершенствование топливных элементов продолжается - компактнее, легче, дешевле. Да и морозы до -30 С такому авто больше нипочём!