Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання

0
208

Плюси і мінуси використання водню як автомобільного палива

Початок 21-го століття, як і початок XX століття, це час змін. Знову перед населенням Землі постала технологічна революція і знову головне місце в ній займають автомобілі. Як і сто років тому швидкими темпами почали розвиватися альтернативні види транспорту, які не пов’язані із звичними нам двигунами внутрішнього згоряння. Все частіше можна бачити на дорогах гібриди які приводяться в рух електродвигуном і ДВС, у розвинених країнах входять в ужиток електрокари і зовсім недавно, якихось 7-10 років тому, вчені та інженери пророкували велике майбутнє автомобілям з ДВЗ, що працюють на найпоширенішому елемент у всесвіті — водні. Все це людство проходило на початку минулого століття. А тому, знову підтверджує свою актуальність поширений вислів: «Все нове — це добре забуте старе».

Зараз Планета переживає новий криза, нафтовий. Тільки пов’язаний він не з дефіцитом чорного золота, став на 100 років локомотивом розвитку людства, а з перенасиченістю даного виду товару на ринку. Це, бути може і є той перший сигнал, що говорить про те, що «нафтової століття» підходить до кінця. Як говоритися, кам’яний вік закінчився не тому, що закінчилися камені. Тому так важливо розвивати запасний план на випадок, якщо…

21 століття, в автомобільному світі, буде століттям поширення технологій майбутнього. Але не всім новим технологіям судилося виграти в природному відборі.

І так, менше десяти років тому єдиною реальною альтернативою викопним видам палива був водень. Пройшли роки, а жодних серйозних зрушень в цьому напрямку зроблено не було. Навпаки, аутсайдер того часу — електрокар, з пішаків перейшов в дамки, з появою Tesla і розробкою ними дуже надійних і прогресивних акумуляторів всім стало ясно — електричні автомобілі — це всерйоз і надовго.

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання

Чому так вийшло? Адже водневий ДВС був практично ідеальним способом приводити в рух автомобіль. Він не вимагав великих вкладень в розробку нового агрегату (водень може використовуватися в якості палива в звичайному двигуні внутрішнього згоряння). За даними статистики, у разі використання водневого палива потужність мотора впаде до 82-65%, порівняно із звичайним бензиновим мотором. Але внісши невеликі зміни в систему запалювання — потужність того ж двигуна збільшиться до 118%.

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використанняПерший плюс ДВС працює на водні — необхідні мінімальні зміни в конструкцію для того щоб мотор перевести на новий вид палива

Екологічність такого виду палива також не піддається сумнівам. Остання серійна розробка японської автомобілебудівної корпорації Toyota довела, що «вихлоп» водневого автомобіля можна… пити. Це продемонстрував один зарубіжний автожурналист. Зробивши кілька ковтків води з вихлопної труби Toyota Mirai, він сказав, що на смак вода цілком собі навіть нічого, дистильована, без домішок.

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання Значить другий плюс — екологічність. Ніякого забруднення навколишнього середовища шкідливими викидами. Зведення до мінімуму парникових газів і спасіння нашої прекрасної Планети. Ось до чого може призвести використання цього палива.

Наступний фактор про водневих двигунах (його можна побічно вважати таким). Історично так склалося, що воднем заправляли піонерів серед ДВС. Перший водневий двигун був побудований французьким конструктором, Франсуа Ісаак де Ривазом аж у 1806 році.

Не забудемо і героїчні часи історії нашої країни. У блокадному Ленінграді на водень було переведено понад 500 автомобілів. І вони без особливих проблем несли свою непросту службу.

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання Виходить, що водень для спалювання в ДВС використовують вже досить давно. Отже, і проблем у створенні сучасного автомобіля не повинно бути.

Четвертий фактор говорить про доцільність використання речовини з формулою H2 — його колосальна поширеність. H2 можна отримувати навіть з відходів та стічних вод.

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання Часто зустрічаються речовини дешево коштують. Значить і водневе паливо не повинно бути дорогим.

П’ятий фактор. Водень може використовуватися не тільки в ДВС. Технології також дозволяють застосовувати в так званому паливному елементі.

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання

Паливний елемент відокремлює один електрон в атомі водню від одного протона і використовує електрони для отримання електричного струму. Це електрику здатне живити двигун в електрокарі. У паливних елементах також не використовується викопне паливо, вони не забруднюють середовище. І головне — вони безпечні, водень не може мимовільно випарується з них, здавалося б, ідеальний наступник двигуна внутрішнього згоряння в якості джерела енергії для автомобілів 21-го століття.

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання Використання водню може відбуватися у різних силових установках, роблячи його гнучким до розвитку технологій. Розробляються сучасні водневі автомобілі в основному використовують дану схему, як найбільш безпечну і продуктивну.

Чимало плюсів, неправда? І вони дуже вагомі. Але чому тоді досі ми не бачимо мільйони водневих саморушних екіпажів навколо нас? На те є свої причини, і вони також дуже важливі.

Дивіться також: Десять самих дивних джерел енергії для автомобільних двигунів

Давайте розглянемо деякі з них, в тому числі серйозні небезпеки, які можуть бути пов’язані з водневою енергетикою.

Мінус номер один. Так, водень, найпоширеніший елемент у Всесвіті, однак на Землі в чистому вигляді газоподібний водень знайти практично неможливо. Цей газ надзвичайно легкий. Тому в чистому вигляді він швидко піднімається до верхніх шарів атмосфери і йде далі у безповітряний простір.

У переважній кількості випадків атоми водню зв’язані з іншими типами атомів в різноманітні молекули, які утворюють різні речовини. Наприклад, H2O, більш відома як вода або СН4, також відомий як метан, обидва містять молекули водню.

Дивіться також: Справжні радіаційні небезпеки в нашому навколишньому середовищі

Тому, перш ніж він може бути використаний в якості палива водень спочатку повинен бути витягнутий з цих речовин, а потім переведений в особливий стан, як правило, в скраплений вигляд.

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використанняНа всі ці дії потрібні дуже великі витрати енергії, а значить і коштів. Наприклад, для вилучення H2 з води за допомогою електролізу потрібна велика кількість електроенергії, що на даний момент просто не рентабельно. За різними підрахунками вартість літра зрідженого водню становить приблизно від $2 до 8 Євро в залежності від способу його видобутку.

Наступним ланкою в ланцюжку — йде відсутність розвиненої мережі водневих заправок. Вартість обладнання для таких заправних станцій в рази вище, ніж у звичайної АЗС. Існує різні проекти для водородозаправляющих станцій, від класичних АЗС, до приватних минизаправок. При сьогоднішньому розвитку суміжних технологій, всі ці проекти надзвичайно дорогі і щодо небезпечні.

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використанняРозвиток мережі водневих заправок справа майбутніх десятиліть. Саме стільки має пройти часу, коли вартість їх спорудження буде доцільна.

Чи існують небезпеки, пов’язані з наявністю великої кількості чистого водню в одному місці? Безумовно так. Коли рідкий водень зберігається в резервуарах, це безпечно, але варто йому просочиться в навколишнє середовище, як він перетворюється в гримучу суміш (гримучий газ).

Водневий автомобіль BMW: Прототип

В плюсах ми відзначили, що воднем можна заправляти автомобілі зі звичайним двигуном внутрішнього згоряння (в домашніх умовах не повторювати! НЕБЕЗПЕЧНО!!!), однак звичайний двигун працювати на чистому водні не довго. Він швидко зламається. При згорянні водневої суміші виділяється більше тепла, ніж при згорянні бензину, це може призвести до перегріву клапанів і поршнів при роботі двигуна під високими навантаженнями. Крім цього під впливом високих температур, H2 може впливати на мастила і матеріали, з яких зроблений двигун, що приведе до підвищеного зносу робочих частин мотора.

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використанняЗвідси невтішний висновок, без дуже дорогої модернізації ДВС, яка повинна пристосувати мотор до роботи на цьому виді палива, використання водню не призведе до очікуваного результату.

А поки побудовані об’єкти для заправки автомобілів воднем швидше використовуються в якості рекламного ходу і демонстрації можливостей майбутнього.

Паливні комірки. Ці безпечні елементи також не уникли тернистого шляху проб і помилок. Як і з заправними станціями і двигунами ДВС, все впирається у вартість застосовуваних технологій.

Наведемо приклад, в якості каталізатора в паливних елементах використовується платина. Уявляєте вартість цієї деталі?!

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використанняДеякі технології настільки дорогі, що простіше дружині купити платинове кільце з діамантом, чим замінити зламану деталь у водневому автомобілі.

Хороша новина в цьому дорогому справі полягає в тому, що вчені безперервно шукають заміну дорогоцінного металу. Розробляються нові технології, тестування проходять сучасні матеріали. У підсумку паливні елементи майбутнього можуть знизити собівартість в 1000 разів і більше.

І нарешті, очолює наш список мінусів водневих технологій — смертельні небезпеки, пов’язані з рідким і газоподібним воднем.

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання

Очолює список проблем загорання водню. У присутності окислювача – кисень, водень може загорітися, іноді загоряння відбувається у вигляді вибуху. Згідно з дослідженнями, для займання водню, достатньо однієї 10-ї частини енергії, необхідної для займання бензину. Простіше кажучи, достатньо іскри статичної електрики для того, щоб гримучий газ спалахнув.

Ще одна проблема полягає в тому, що полум’я водню майже невидимо. При спалюванні водню полум’я настільки тьмяно, що з ним не так — то просто боротися.

Це цікаво: 5 «зелених» технологій, з-за яких ми не розуміємо, чому бензин досі популярний

Ще одне летальна властивість водню — він може призвести до ядухи. H2 не отруйний, але якщо ви будете дихати чистим воднем можна задихнутися просто тому, що ви будете позбавлені кисню. Гірше того, неможливо розпізнати, що концентрація водню в повітрі висока, тому що він невидимий і не має запаху — так само, як і кисень.

І нарешті, як і будь-скраплений газ — водень має дуже низьку температуру. При витоку з бака і безпосереднім контактом з відкритими ділянками тіла людини він призведе до серйозного обмороження.

Дійсно водень наскільки небезпечний?

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання

Напевно, після прочитаного ви в шоці від того як небезпечний водень. І напевно ніколи не захочете купити собі водневий автомобіль. Якщо в майбутньому з’явиться така можливість.

Насправді не все так погано. Оскільки газоподібний водень надзвичайно легкий, при витоку він швидко розсіється в атмосфері. Тоді і гримучої суміші не вийде, і небезпека вибуху буде зведена до мінімуму.

Що стосується небезпеки задухи – така проблема може бути тільки в замкнутому просторі, наприклад, в гаражі. Якщо витік водню відбувається на відкритому повітрі, його концентрація буде невеликий і не небезпечною для життя.

І наостанок, найвідоміші водневі автомобілі сучасності:

Honda FCX Clarity

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання

Mercedes-Benz F-CELL

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання

Toyota Mirai

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання

BMW Hydrogen 7

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання

Mazda RX-8 hydrogen

Водень в автомобілях: Небезпеки і складності використання