Сэр Уильям Гроув многое знал об электролизе. Однажды он выдвинул гипотезу, что обратив процедуру (которая расщепляла воду на кислород и водород под воздействием электричества) вспять, можно создать электричество. Он смог достичь только стадии эксперимента, зато успел доказать свои идеи, что очень помогло ученым Людвигу Монду и Чарльзу Лангеру. Они усовершенствовали технологию и дали ей имя «топливная ячейка». Это было в 1889 году...
Конечно, вы наверняка слышали термин «топливная ячейка» в различных средствах массовой информации и в контексте автомобилей. Например, 15 лет назад президент США Джордж Буш-младший объявил программу под названием «Водородная топливная инициатива». Программа была нацелена на развитие водородных топливных ячеек и соответствующей инфраструктуры, чтобы сделать водородные автомобили практичными и относительно недорогими к 2020 году. В проект было вложено более 1 млрд долларов.
Как вы можете догадаться, программа на сегодняшний день заморожена, поскольку много чего произошло между обещанием Буша и сегодняшним днем, включая экономический кризис 2008 года и банкротство GM.
C другой стороны, такие автопроизводители, как Honda, Toyota, Mercedes и даже Hyundai продолжили работать над надежной технологией топливных элементов. Фактически Toyota и Honda уже массово выпускают такие машины, а остальные бренды находятся сразу за ними...
По существу топливная ячейка – это двигатель без подвижных частей, но более техническое определение – электрохимическое устройство преобразования энергии. Оно преобразует частицы кислорода и водорода в воду и попутно также производит электричество. В наши дни существует много типов топливных ячеек, но большинство из них используют водород и кислород как базовые элементы, необходимые для преобразования.
Похожая процедура происходит в обычной батарее, только вот аккумулятор имеет все необходимые вещества «на борту», а топливная ячейка может «заряжаться» извне. Помимо чистых паров воды и электричества еще один побочный продукт этой процедуры – тепло.
Из всех известных видов топливных ячеек наиболее оптимальный для применения в транспортных средствах – это топливная ячейка с протонообменной мембраной. Главные причины ее использования – высокая удельная мощность и относительно низкая рабочая температура, то есть топливному элементу не нужно много времени, чтобы прогреться и начать производить электричество.
Первое использование этой технологии на автомобиле произошло в 1994 году, когда Mercedes представил прототип NECAR1 (New Electric CAR 1) на базе MB100. Помимо низкой мощности (всего 68 л. с.) самым большим недостатком концепта было то, что топливные элементы занимали все грузовое пространство фургона.
Кроме того, с точки зрения безопасности производить такую машину массово было бы опасно, ведь она несла на борту массивный резервуар, наполненный находящимся под давлением легковоспламеняющимся водородом.
На протяжении следующего десятилетия технология развилась, и следующий Mercedes на топливных элементах выдавал уже 115 л. с. и на одной заправке мог проехать 400 км. Конечно немцы не единственные, кто внимательно изучал эту тему. Еще один крупный игрок – Honda, которая с 2008 года давала в аренду модель FCX Clarity, чтобы привлечь клиентов.
Toyota пошла еще дальше с Mirai, чья система топливных ячеек может обеспечить запас хода в 520 км. Бак можно заправить водородом всего за 5 минут, как обычную машину. Даже для такого необычного автомобиля удивителен тот факт, что расход составляет 1,5 л/100 км в бензиновом эквиваленте независимо от того, едете вы по городу или по шоссе.
Второе поколение Honda FCX Clarity появилось несколько лет назад. Ее система на 33% компактнее, а удельная мощность на 60% выше, чем у предшественника. Honda заявляет, что все топливные элементы с интегрированной трансмиссией сопоставимы по размерам с двигателем V6, что оставляет достаточно места для пяти пассажиров и багажа.
Только избранные клиенты из Калифорнии смогут испытать модель, чей запас хода составляет 500 км, а цена – 60 000 долларов.
Учитывая ограничения, присущие этой технологии, а также отсутствие должной заправочной инфраструктуры, топливные ячейки вряд ли будут конкурировать с традиционными автомобилями в ближайшие 15-20 лет, однако в долгосрочной перспективе они могут оказаться более жизнеспособными. Жесткое экологическое законодательство и непрерывное потребление ископаемого топлива могут убедить правительства и автопроизводителей инвестировать в технологии топливных элементов.
По мотивам Jalopnik.com