Водородные топливные элементы - это постоянный интерес науки и бизнеса разных стран. Это выбор NASA в космической программе “Аполлон”, выбор Германии для беспилотной субмарины U212A, международные транспортные компании используют водородные топливные элементы (ВТЭ) для различных погрузчиков и, конечно, это выбор Toyota для легкового авто “Mirai”, которая анонсировала выпуск автомобилей на водородном топливе в 2018-19 годах.
В России компания “ИнЭнерджи” предлагает ряд портативных и модульных устройств, работающих на ВТЭ.
Как это работает?
В основе действия ВТЭ химический способ получения электроэнергии. Водород и кислород подводятся к специально изготовленной протонообменной мембране с разных сторон. Водород стремится к кислороду, проходит через мембрану и вступает с ним в реакцию.
Как результат реакции - H2O: чистая вода, а также разность потенциалов до реакции и после. Эту разность снимает мембрана и таким вот образом вырабатывается электрическая энергия.
По токопроводам электрический ток от мембраны поступает в аккумуляторную батарею. В свою очередь АКБ питает электро силовую установку, которая и приводит в движение транспорт.
На примере “Mirai”, в состав силовой установки входит:
- два электродвигателя переменного тока (по одному на каждое ведущее колесо);
- преобразователь постоянного тока в переменный;
- увеличитель напряжения;
- система рекуперативного торможения;
- блок управления мощностью.
Максимальный КПД такого двигателя - 83%, для сравнения макс КПД двигателя внутреннего сгорания - 38% (по данным Toyota).
Основным преимуществом ВТЭ является нулевое влияние на экологию. Также применение ВТЭ в качестве дополнительного источника мощности в авиатехнике существенно снижает потребление керосина, уровень шума и вредные выбросы в атмосферу. Еще один плюс ВТЭ - прямая выработка электроэнергии в процессе химической реакции, отсюда высокий КПД всех установок. Еще один плюс - разнообразие методов получения водорода.
Но есть и минусы. Самый первый - взрывоопасность, при концентрации от 4% объема газа - возникает опасность взрыва от самой слабенькой искры. Ну а при более высокой концентрации водород просто детонирует от контакта с кислородом. Еще один минус - это повышенные требования к хранению водорода, отсюда высокая стоимость инфраструктуры. Ну а слаборазвитая инфраструктура тормозит массовое применение устройств на ВТЭ.
Несмотря на дороговизну и прочие минусы, водородная энергетика укрепляет свои позиции из года в год. Передовая разработка Японии “Plasma R Hidrogen” втрое удешевляет производство водорода, а на базе солнечной электростанции получается абсолютно “зеленый водород”. Германия, Дания и Нидерланды активно внедряют ж/д составы, работающие на ВТЭ взамен дизельных тепловозов. США, Япония и Южная Корея наращивают инфраструктуру для водородных авто. Австралия уже готова поставлять водород в промышленных масштабах.
Уникальные свойства водорода, удешевление производства и развитие инфраструктуры позволит массово использовать водородные топливные элементы в самых разных сферах жизни человека.
