Вождение автомобиля с водородным двигателем имеет свои плюсы и минусы. С другой стороны, вы получаете экологические преимущества электромобиля, не беспокоясь о запасе хода, потому что вы можете заправить автомобиль большим количеством водорода. С другой стороны, водородные заправочные станции редки – по крайней мере, на данный момент. Также сложно получить водород экологически чистым и эффективным способом.
Кроме того, как и в случае с любой новой технологией, существует некоторое понятное нежелание быть в числе первых людей. сделать решительный шаг и посвятить несколько лет (по крайней мере) использованию источника питания, который может сработать, а может и не сработать. Но продолжайте читать, и мы предоставим вам достаточно информации, чтобы вы могли принять собственное решение.
Связанный
- Toyota Mirai следующего поколения подтверждена, несмотря на продолжающиеся проблемы с водородными технологиями
- BMW снова дразнит водородные автомобили концептом X5 на топливных элементах
- BMW, возможно, наконец-то готова продавать населению автомобили на водородных топливных элементах
Как работают водородные топливные элементы
Водородный топливный элемент — простая машина. Сердцем технологии является протонообменная мембрана. С одной стороны мембраны находится чистый водород, а с другой стороны — обычный воздух. Обычный воздух состоит примерно на 80 процентов из азота и на 20 процентов из кислорода, а также в следовых количествах других веществ. Протонообменная мембрана имеет решающее значение, поскольку атомам водорода и кислорода очень нравится быть вместе. В частности, два атома водорода и атом кислорода всегда хотят собраться вместе и создать молекулу воды. Это прекрасная вещь. Не судите.
Мембрана позволит атомам водорода пройти к кислороду, но только в том случае, если атом водорода по пути отдаст свой электрон. Мы ловко наносим на стенки топливного элемента какой-нибудь металл с высокой проводимостью, например платину, так что электроны попадают туда и пробегают по всему топливному элементу, чтобы вернуться к своим атомам водорода; это действие создает электрический ток, который мы можем использовать. Когда кислород и водород снова соединятся и станут целостными, у нас есть молекула воды и немного электричества для решения наших проблем. Если рассматривать только топливный элемент, вы можете получать энергию, не создавая при этом никаких загрязнений. Гений!
Водородная загадка
Первая проблема этого радужного сценария заключается в том, что водород и кислород настолько любят друг друга, что свободного водорода в нашей атмосфере на самом деле не существует. Все это превратилось в воду, которая покрывает большую часть планеты. Поэтому, прежде чем мы сможем получить эту энергию, нам нужно получить немного свободного водорода, чтобы поместить его в наш водородный топливный элемент.
Есть много способов получить водород, и некоторые из них более странные, чем другие. В 19й века люди бросали железные опилки в бочки с серной кислотой. В результате реакции образовался газообразный водород, который они поместили в воздушные шары и подняли в воздух. Это работает, но на самом деле это неосуществимо в больших масштабах, и каждый раз, когда вы используете этот метод, используются буквально бочки токсичных отходов. Назовем это неудачей.
Как и в случае с любой новой технологией, есть некоторые понятные сомнения по поводу того, стоит ли оказаться в числе первых, кто сделает шаг вперед.
Вы также можете использовать электричество, чтобы расщепить молекулы воды с помощью электролиза и получить чистый водород и кислород. Это здорово, но законы термодинамики диктуют, что вы никогда не получите из водорода столько электричества, сколько вложили в систему для расщепления молекул воды. Лучше использовать электричество для зарядки аккумулятора. Кроме того, большая часть электроэнергии в Северной Америке по-прежнему производится путем сжигания угля, который явно не является экологически чистым.
Не менее проблематичен и третий способ получения водорода. Вы можете реформировать природный газ, расщепляя молекулы углеводородов и высвобождая водород. Но это означает, что вы по-прежнему зависите от ископаемого топлива, и когда вы добываете водород для производства экологически чистой энергии, вы также производите углекислый газ, который является парниковым газом. Этой иронии достаточно, чтобы привести в действие целый город хипстеров.
Прежде чем перейти к вопросу о выработке водорода, проводятся исследования фотосинтеза этого элемента с использованием водорослей. Еще неизвестно, сработает ли это в больших масштабах, но это лучше, чем некоторые другие опробованные методы.
Довольно хорошее топливо
Проблема создания рыхлого водорода — это препятствие, которое не позволяет ему стать идеальным топливом. Однако преобразовать природный газ (или метанол, который мы можем производить из растительных отходов) в водород и углекислый газ по-прежнему чище, чем сжигать газ в двигателе внутреннего сгорания. А с увеличением возможностей солнечной генерации мы сможем использовать солнечную электроэнергию и для производства водорода. Мы все еще страдаем от общих термодинамических потерь при преобразовании солнечного света в электричество, в водород и в электричество, но, по крайней мере, у нас есть много солнечного света, и он не создает парниковых газов в процесс. Конечно, вам придется производить солнечные панели, и это сопряжено со своими проблемами.
Так что, хотя водород и не идеален, он по-прежнему остается довольно хорошим топливом. Конечно, это лучше, чем сжигать очищенную сырую нефть.
Становимся более доступными
Если вы живете где-нибудь в Америке, кроме Большого Лос-Анджелеса или района залива Сан-Франциско, для вас все это все еще своего рода академический подход. Сейчас подавляющее большинство инфраструктуры заправки водородом в стране находится в Калифорнии, и станций здесь не так уж и много.
В Северной Калифорнии вы можете получить водород на шести станциях в районе залива, одной станции в Сакраменто и единственной станции в Траки по пути в Рино. В Южной Калифорнии у вас есть 16 станций в районе Лос-Анджелеса, плюс станция в Дель-Маре недалеко от Сан-Диего и одна станция в Санта-Барбаре.
Есть много способов получить водород, и некоторые из них более странные, чем другие.
Однако стоит отметить, что в этом году в Калифорнии планируется открыть как минимум 20 новых станций. Все новые станции расположены в районах Лос-Анджелеса и Бэй, поэтому, хотя новые регионы еще не открываются, водород становится более удобным там, где он уже расположен.
Калифорнийское партнерство по топливным элементам имеет карта водородных станций. Вы можете проверить, живете и работаете ли вы достаточно близко к водородной станции, чтобы она работала на вас. Министерство энергетики США также поддерживает общенациональная карта на веб-сайте Центра данных по альтернативному топливу, но единственные водородные станции, перечисленные за пределами Калифорнии, — это одна в Массачусетсе, одна в Коннектикуте и одна в Южной Каролине.
Почему в будущем вы увидите больше водородных автомобилей
Чтобы по-настоящему понять автомобиль с водородным двигателем, вам нужно взглянуть на него в более широком контексте электромобилей. Основное правило альтернативных видов топлива заключается в том, что не существует единого решения, которое будет работать в каждом случае. В обозримом будущем аккумуляторным электромобилям, скорее всего, потребуется много времени для перезарядки, а доступные электромобили будут иметь ограниченный запас хода. Гибриды и даже подключаемые гибриды по-прежнему в некоторой степени используют ископаемое топливо, но вы можете сесть в них и проехать большие расстояния с легкой дозаправкой. Водородная энергетика устраняет этот пробел, предоставляя вам автомобиль с нулевым уровнем выбросов, который вы можете заправлять, как автомобиль с бензиновым двигателем, при условии, что там, где вам это нужно, есть водородная станция. В этом контексте в нашем мире есть место водородным автомобилям.
Рекомендации редакции
- Электронная революция Toyota продолжается с плагинами Mirai 2021 года и RAV4 2021 года.
- Toyota использует водородные топливные элементы для питания одного из своих заводов в Японии.
- Беспилотная Toyota будет сопровождать Олимпийский огонь 2020 года в Токио
- Skai — многоцелевой летающий автомобиль, работающий на водородных топливных элементах.
- Полуприцеп Toyota второго поколения на водородных топливных элементах отправляется на короткие расстояния
