Сегодня электромобили не являются чем-то диковинным и необычным. Они, наряду с традиционными автомобилями, широко эксплуатируются как коммерческими структурами, так и частными лицами. Всего 10 лет назад подобное явление считали маловероятным.
Однако электромобиль – это промежуточный, или даже вынужденный этап на пути к освоению другого типа транспортного средства.
Какой транспорт будущего в принципе возможен в ближайшие 20 лет?
Энергетические и массогабаритные характеристики сегодняшних аккумуляторов посредственные. Нужна батарея весом более тонны, чтобы конкурировать по дальности хода с автомобилями на ДВС. При этом транспортная промышленность не ограничивается только наземными видами транспорта. Воздушный транспорт имеет куда больше перспектив в деле экономии времени человека. Однако сделать воздушный транспорт электрическим попросту экономически бессмысленно, и всё по той же причине - массогабаритные характеристики современных аккумуляторов не позволяют реализовать данную концепцию.
Требуется более высокоэнергетическое топливо. Может быть, водород?
Самая лучшая на сегодня реально рабочая лабораторная литий-ионная батарея массой в 1 кг запасает 0,72 МДж энергии.
При сжигании водородно-кислородной смеси аналогичной массы высвобождается 70 МДж энергии. На первый взгляд, мы видим превосходство почти в 100 раз. Однако, применив эти параметры к массогабаритным характеристикам аккумуляторной батареи, мы получим неоднозначные результаты.
Возьмём самую передовую аккумуляторную батарею Тесла - «Powerwall». Полезная ёмкость данной батареи составляет 13,5 кВт•ч, что равно 48,6 МДж. Вес этой батареи составляет 114 кг, что соответствует 0,43 МДж на 1 кг.
По известным габаритным параметрам найдём объём данного аккумулятора. Он будет составлять 0,127 м3.
И вот тут уже интереснее. Сколько можно получить энергии, сжигая водородно-кислородную топливную смесь такого объёма?
Всего около 8,9 МДж, что в 5,46 раза меньше, чем хранится в аккумуляторе Тесла!
Конечно, можно сжать газ до 700 атмосфер. Тогда в таком объёме будет храниться уже 3,5 кг топливной смеси. А масса такого баллона будет 105 кг, что близко к параметрам аккумулятора Тесла.
Теперь можно более наглядно сравнить энергетические параметры. Сжигание 3,5 кг водородно-кислородной смеси высвободят 245 МДж энергии, что в 5 раз больше, чем запасается в «Powerwall».
Однако для наземного и воздушного транспорта незачем возить с собой кислород, его можно получать прямо из воздуха, что увеличит энергетический выход. Так, водород массой 3,5-3,9 кг сжатый до 700 атмосфер в композитном баке массой 100 кг, высвободит энергию в 500 МДж, что более чем в 10 раз превосходит самый современный аккумулятор Тесла.
Именно поэтому современному водородному автомобилю на водородных топливных элементах необходимо всего 4 кг водорода и 100-120 кг массы баков, чтобы проехать 500 км пути.
Однако, будущее не за сжатым водородом, и за гидридной системой хранения водорода. Уже через 5 лет нам обещают адаптировать металлогидридные системы хранения водорода к автомобильному транспорту. Это позволит в тех же массогабаритных характеристиках «Powerwall» хранить более 6 кг водорода, не прибегая к высокому давлению.
Если сравнить это с современной батей Тесла на 100 кВт*ч в самом мощном исполнении “Model S P100D”, то масса металлогидрида сопоставимой мощности будет всего 40 килограммов, а объём - 0,051 м3, то есть всего в 51 литр. Следовательно, мы вернёмся к привычным массогабаритным характеристикам бензинового топлива.
Заправка автомобиля может заключаться в замене ячеек металлогидрида на новые (словно смена элемента питания у фонарика).
Вот к такому виду топлива и будет стремиться вся транспортная промышленность в ближайшее 30 лет.
Этому способствует новая энергетическая доктрина Европы о переходе на полностью водородное топливо к 2050 году, и реализация гидридных методов хранения водорода департамента энергетики США.
Более подробно о металлогидридах я писал тут: Современные проблемы хранения водорода
О новой водородной энергетической доктрине России и Европы писал тут: Водородная энергетика – будущее России
_____________________________________________________________________________________
Рекомендации:
