Инструкция к тормозным колодкам ADVICS (стр. 6 )

Третий – автомобиль с электродвигателем, который питается от топливного элемента, расположенного на борту автомобиля. Теоретически коэффициент полезного действия  топливного элемента, работающего в системе водород – воздух, может быть более 85%.

Сейчас уже удалось получить двигатели с коэффициент полезного действия  около 75% - это более чем в 2 раза выше, чем в лучших двигателях внутреннего сгорания. В условиях города такие автомашины получат пяти-шестикратное преимущество перед обычными автомобилями.

ВМЕСТО ТОПЛИВНОГО БАКА

Общая схема водородного двигателя понятна: электродвигатель, топливный элемент, водород (в качестве горючего). Проблема заключается в том, что нужен некий аналог топливного бака, ведь водород в топливный бак не нальешь. Это на сегодняшний день самая большая трудность.

Ученые рассматривают довольно много вариантов. Например, можно хранить водород в аккумуляторах на основе гидридов интерметаллических сплавов (TiVaFe, CuNi и др.), из которых по мере надобности постепенно высвобождается  чистый водород. Но в этом варианте масса водорода в общем объеме гидрида (т. н. аспектное число) составляет всего 5%, к тому же возникает проблема со скоростью высвобождения водорода.

Можно хранить водород в жидком виде. Но, во-первых, это требует охлаждения до температур близких к абсолютному нулю, что обязательно приведет к удорожанию водорода. Во-вторых, заправленный таким образом автомобиль вынужден будет расходовать свое топливо как можно быстрее (из-за существования теплообменных процессов).

Очень перспективным направлением можно считать – хранение водорода в наноструктурах (углеродных нанотрубках), однако эти разработки находятся пока на начальных стадиях исследования.

Наиболее перспективными направлениями  ученые считают: хранение водорода в баллонах высокого давления – более 350 атм. (аспектное число до 18% при давлении выше 500 атм.) или получение его прямо на борту из другого топлива (метанола  или жидких углеводородов: бензина или дизельного топлива), в специальных каталитических реакторах (аспектное число около 10%). Такие системы разработаны и российскими учеными и при разумных габаритах  обеспечивают запас водорода для пробега автомобиля на несколько сотен километров.

В связи с использованием в качестве топлива – водород, конструкторы сталкиваются и с другими проблемами, например, автомобиль (прежде всего кабина) должен иметь систему водородной безопасности.

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ АВТОМОБИЛЯ

Топливный элемент автомобиля, работающий на водороде, - одна из ключевых деталей в новом автомобиле. Топливный элемент – это устройство для преобразования химической энергии в электрическую. Преобразование химической энергии в электрическую происходит и в обычных аккумуляторах, но в топливном элементе есть два существенных отличия:  1)  он работает до тех пор, пока в него поступает топливо; 2) топливный элемент автомобиля не требует подзарядки.

Топливный элемент автомобиля состоит из многих десятков ячеек, каждая примерно в сантиметр толщиной. Каждая ячейка состоит из двух электродов, разделенных электролитом. На один электрод (анод) подается топливо – водород. На другой электрод (катод)  окислитель – кислород воздуха. Электрохимическая реакция окисления водорода протекает при низкой температуре в присутствии катализатора. Однако в вопросах получения качественного и недорогого электролита наука пока испытывает огромные сложности. Полимерный электролит американской фирмы «Дюпон» стоит около 700 евро за 1 м 2 , а на батарею для среднего автомобиля нужно десятки квадратных метров такого материала. Понятно, что при такой стоимости электролита невозможно наладить серийный выпуск водородных автомобилей. Учеными всего мира ведутся интересные исследования с целью удешевления электролита и использования его при более высоких температурах (150-200оС).

В общем, топливный элемент автомобиля, работающего на водороде, можно сказать, вполне готов к применению, осталось сделать его компактнее и дешевле.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Немецкий физикохимик и философ-идеалист Вильгельм Оствальд (1853-1932),  горячо пропагандируя идею топливных элементов, предупреждал: иначе человечество будет погребено под промышленной  и «энергетической» грязью, иначе крыши домов будут покрыты слоем копоти, а города окутаны дымом.

Оствальд был, видимо прав, предсказывая большие перспективы для электрохимической энергетики. Ныне топливные элементы и подобные им электрохимические устройства (электрохимические ячейки, ведущие фотолиз – разложение воды на водород и кислород под действием солнечных лучей) проходят полигонную обкатку, подвергаются проверке на живучесть, борются за право занять достойное место в энергетике будущего. И, судя по результатам научных и практических поисков, могут оказать определенное влияние на выбор «энергетического» сценария завтрашнего дня.

Каким будет этот сценарий, по-видимому, сегодня не скажет никто. Хотя и ясно уже  что, главную роль в нем  будут играть такие энерготехнологии, которые позволяют ограничить (а то и полностью исключить!) потребление невосполнимых запасов минерального топлива – прежде всего, нефти и природного газа – и которые не ведут к угрожающим здоровью людей изменениям природной среды. В этой связи, водород является одним из перспективнейших  видов топлива энергетики будущего, будучи незаменимым топливом, для водородно-кислородных топливных элементов.

Литература

Краткий химический справочник. Издательство Химия Ленинградское отделение 1978 Настольный справочник школьника. Том 1. Издательство Весь Санкт-Петербург 2006 Любимое дитя электрохимии 175 с. ил.  М. Знание 1985