Екологія
Водневий автомобіль
Початок «водневої ери» історично відноситься до 1806 року, коли Франсуа Ісааком де Ріваз був відкритий двигун внутрішнього згоряння, що працює на водні, який винахідник виробляв електролізом води.
Ця технологія з часом стала використовуватися в аеростатах, а з появою водневих паливних елементів - і в інших видах транспорту.
Причин інтересу до водневого транспорту можна назвати багато. Взяти хоча б статистику викиду парникових газів в результаті використання бензину і низькосортного дешевого пального: на сьогоднішній день ця цифра практично сягає 25%, і по мірі того, як в країнах збільшується кількість особистих автомобілів, ці показники погіршуються. Крім вуглекислого газу в атмосферу викидаються оксиди азоту, сірки і т. д. Так і з фінансової точки зору, прогнозований дефіцит палива, зростання цін на енергоносії і прагнення різних країн досягти незалежності у сфері енергетики підштовхує серйозних виробників до запровадження інновацій у машинобудівній галузі.
Звичайний двигун внутрішнього згоряння для роботи на водні не підходить - водень легко запалюється від високої температури випускного колектора, - тому для роботи на водні використовується роторний двигун, так як в ньому випускний колектор значно віддалений від впускного. Характерним у використанні цього виду палива є зниження потужності двигуна до 82 %-65 % в порівнянні з бензином. Звичайно, можна внести деякі зміни в систему запалювання, - і тоді потужність двигуна збільшується до 117 % в порівнянні з бензиновим аналогом, але з-за більш високої температури в камері згоряння значно збільшиться вихід оксидів азоту. Крім того, водень при тих температурах і тисках, які створюються в двигуні, може вступати в реакцію з матеріалами двигуна і мастилом, приводячи до більш швидкого зносу. Проміжним рішенням стали суміші традиційних палив з воднем. Наприклад, HCNG - суміш з природним газом. На борту транспортного засобу розміщуються установка, що виробляє з дистильованої води водень, який потім додається до дизельного палива. Такий хід дозволяє скоротити витрату палива, збільшити потужність двигуна і скоротити вихлоп. Найчастіше такі установки впроваджуються на великі вантажівки і гірничу техніку.
Помилково вважати, що для створення автомобіля з нульовим вихлопом досить перевести роторний мотор на водневе паливо. Тут є одна тонкість: водень горить в повітрі, а не в чистому кисні, - тому в атмосферу все ж викидаються оксиди азоту. Хороша новина в тому, що всесвітньо оголошений екологічним ворогом номер один, - вуглекислий газ - у вихлопі відсутня повністю.
Для міського транспорту застосовується, в основному, паливо за принципом поділу, - тобто, в запасі є і водень, і бензин, які не змішуються, воліючи потужності екологічність. Поки такі транспортні біопаливні засоби випускаються обмеженими партіями: це міські автобуси MAN Lion City Bus і Ford E-450, а так само легкові автомобілі нового типу BMW Hydrogen 7 і Mazda RX-8 hydrogen, про особливості яких далі піде мова.
BMW Hydrogen 7 ( 12-циліндровий двигун об'ємом 6 літрів )
Двигун внутрішнього згоряння може працювати на бензині або водні по черзі. На авто встановлений бензобак 74 літри, і балон для зберігання 8 кг водню. Таким чином, проїхавши 200-300 км на водні, може далі використовувати бензин хоча б для того, щоб дістатися до найближчої водневої заправки. До речі, для пробігу на бензині у BMW Hydrogen 7 залишиться ще 480 км.
Основні параметри:
· При роботі на водні потужність двигуна становить 170 кВт. (228 к. с.), обертаючий момент 337 Нм. При роботі на бензині двигун розвиває потужність 194 кВт. (260 к.с.).
· Максимальна швидкість 229 км/ч.
· Розгін до 100 км/год за 9,5 сек.
Перемикання з одного виду палива на інше відбувається автоматично, проте перевага все ж віддається водню.
BMW Group розробляє водневі технології вже більше 20 років. В ході испытатаний для системи зберігання водню водневий бак руйнували під високим тиском, нагрівали на відкритому вогні до температури 1000° Цельсія протягом 70 хвилин, деформували твердими і важкими предметами, - однак, незважаючи на увесь песимізм критиків, водень, що знаходиться в баку, не вибухав. Тому виробник запустив програму «Clean Energy» для поширення в різних країнах нових водневих BMW-7. Автомобілі були продані лише для оренди, причому велика їх частина успішно перекочувала в Європу ще в 2007 році. Як засіб популяризації компанія запустила в Штатах піар-програму «BMW Hydrogen 7 Pioneer Program», за задумом якої цими авто користувалися такі зірки світової величини, як Бредд Пітт, Анджеліна Джолі, Річард Гір, Шарон Стоун, Пласідо Домінго та інші відомі шоу-мени. А навесні 2008 року BMW представила монотопливную версію «BMW Hydrogen 7», що працює тільки на водні.
Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid
Фірмовий маздовский роторний двигун, як виявилося, чудово працює на водневому паливі. Після низки дослідів на основі Mazda5, так само відомого як мінівен Premacy, був створений п'ятимісний гібрид, - набагато більш практичний, ніж купе RX-8: двосекційний роторний двигун розвиває 109 кінських сил як на бензині, так і на водні, і працює в парі з 110-кіловатним електромотором, який може харчуватися і від ротора, і від батареї. Генератор так само виконує функцію стартера, і може передавати енергію від двигуна відразу до електромотору, минаючи батарею, що дає водієві відчуття прямого зв'язку акселератора із двигуном. Якщо бак з воднем спорожніє, Mazda Premacy продовжить рух на бензині.
З травня 2009 року кілька электроводородных Mazda Premacy передані в комерційний лізинг, що служить ще одним тестом в реальних умовах для експериментальних машин.
Існує інший спосіб використання водню в транспортній сфері, - паливні елементи. Суть таких конструкцій в отриманні електричного струму в ході хімічної реакції синтезу води з водню і кисню з виділенням тепла. Перше транспортний засіб на паливних елементах, використовуючи луг в якості основи, створила в 1957 році компанія Allis-Chalmers Manufacturing Company. Випробувавши новинку на тракторі і машині для гольфу, виробники зважилися оснастити нею техніку серйозніше.
У паливних елементів є маса плюсів. По-перше, це відсутність жорсткого обмеження на ККД, як у теплових машин. Високий ККД ( 60-80% у порівнянні з 35-38% дизельних генераторів ) досягається завдяки прямим перетворення енергії палива в електроенергію. По-друге, паливні елементи легше і менш габаритні. До того ж, виробляють менше шуму, менше нагріваються, і більш ефективні з точки зору споживання палива.
Зараз роблять і відчувають такі автомобілі на водневих паливних елементах як Focus FCV, Honda FCX, Tucson ( Hyundai ), FCEV X-TRAIL FCV (Nissan ), Toyota Highlander FCHV, Volkswagen space up, Mercedes-Benz A-Class і інші.
Щоб допомогти впровадження водневого палива на транспорті, Норвегія, Японія і багато інші країни не тільки будують «водневі траси», оснащені заправками, але і штучно утримують ціну на водень нижче собівартості. Крім того, розробляються стандарти транспортування та застосування водню. І не біда, що для безпеки зберігання балонів потрібно пожертвувати місцем у багажнику, адже удосконалення паливних елементів продовжується - компактніше, легше, дешевше. Та й морози до -30 С такому авто більше нізащо!
Джерела: www.avtomir.com, https://www.ecochauffeur.co.uk