Альтернатива элетрокарам: правда ли, что транспорт на водородном топливе не уступит по экологичности электрокарам?
Борьба с выхлопным газами из машин, пожалуй, самая заезженная тема, которую стараются интенсивно убрать из обихода. Всем, наверное, известно, что машины на двигателе внутреннего сгорания довольно сильно портят воздух, многие люди просто покидают города ради жизни в селах и деревнях, аргументируя сильным шумом и загрязненным, запыленным воздухом от автотранспорта.
По статистике, автотранспорт производит около 20% выбросов углекислого газа и вредных веществ и атмосферу. В чем же такое преимущество водорода над электричеством? Просто-напросто в количестве и удобстве его использования. Зарядить автомобиль водородным топливом гораздо быстрее, нежели полностью зарядить батарею электрокара, которая заряжается довольно долго. Да, есть довольно много док-станций, которые предлагают "премиум-пользователям" зарядку в пределах очень короткого промежутка времени, но у всех есть возможность воспользоваться таким удобством.
Водородные двигатели будут более эффективными, да, водородные двигатели будут также работать на электричестве, но не в том смысле. Просто дело в том, что вещество будет превращаться в электричество.
Как работает водородный двигатель?
Для работы двигателя нужен кислород и сам водород. Водород поступает в камеру с анодом, когда кислород — в камеру с катодом. Две камеры разделяет мембрана. Водород находится в сжатом состоянии. Мембрана покрыта платиной, чтобы процессы в электродах (камерах) протекали быстрее. Водород теряет электроны, отдавая протоны кислороду. В результате химических реакций получается электричество и водяной пар.
Отличительная особенность водородного двигателя — это его емкость, которая в 10 раз превышает емкость литий-ионного аккумулятора. Поэтому, за одно и то же время можно зарядить в 10 раз больший по объему аккумулятор электричеством, используя водород.
Ученые Лос-Аламосской национальной лаборатории в США разработали усовершенствованную модель двигателя, которая способна ускорить химические процессы в электродах. Создали рифленую структуру, за счет которой улучшен транспорт кислорода и ускорено движение ионов водорода.
В новой структуре можно использовать вместо кислорода другой окислитель. Главное, что окислитель лишил водород электронов.
Рифленая структура разделяет потоки протонов и кислорода по бороздкам и гребням, новые электроды помогают улучшить их перенос. Новые электроды имеют каталитические гребни, заполненные иономерами, разделенные пустыми канавками. Гребни улучшают перенос протонов, а бороздки одновременно способствуют поступлению кислорода.
В результате исследования структур с канавками, инженеры выяснили, что чем уже канавки и чем меньше расстояние между ними, тем интенсивнее и эффективнее производительность двигателя.
Но какие же минусы водородного двигателя?
Говорят, что получение водорода на земной атмосфере — опасный, сложный процесс. Есть самый щадящий, не вредящий экологии способ — электролиз воды, но данный метод несильно распространен в промышленности. Другие методы предполагают применения углеводородов, их переработка создает неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Можно, конечно, попытаться выкарабкаться из земной атмосферы в космос, где водорода полным-полно, Земля пренебрежительно мала, по сравнению с объемом водорода во всей Вселенной. Но технология вживления водородных двигателей происходит именно на земной поверхности, где найти водород в чистом виде довольно проблематично для его массового использования, не то что воду, бензин или электричество, которых в достатке на нашей планете. Технологии добычи водорода пока не так хорошо развиты, как добычи электроэнергии.
Есть несколько способов извлечь водород экологически "мягким" методом:
Первый, это вышесказанный электролиз воды, который не сопровождается выбросом парниковых газов.
Второй — конверсия метана, более опасная, но наиболее распространенная. Около 75% водорода так и получают.
Третий — за счет переработки мусора. Используя современные технологии, можно безопасно перерабатывать мусор в пользу получения водорода. Именно таким образом можно зарядить более 13 000 автобусов с двигателем на водороде.
Последний, за счет использования водорослей. Учёные калифорнийского университета в Беркли выяснили, что водород может производить группа зелёных водорослей, например, Chlamydomonas reinhardtii. Дело в том, что водоросли начинают активно производить водород из-за нехватки фотосинтеза. Но вряд ли водорослей хватит на то, чтобы обеспечить хотя бы одну страну водородом и необязательно для заправки машин топливом, полученного таким способом.
Следовательно, галлон водорода на американской заправке обойдется вам более, чем 8 долларов США, когда тот же объема бензина стоит почти в три раза меньше.
Водород — это легковоспламеняющиеся вещество. Если не дай бог непотушенный окурок попадет в электрод с водородом, то создастся очень большой риск взрыва и дальнейшего пожара, тогда об экологичности двигателя стоит забыть. Но можно разработать улучшенную систему герметизации камеры с электродами и кабины, чтобы избежать потенциальных катастроф или полностью их исключить.
Как мы видим, человечеству предстоит работа над разработкой способов получения водорода, чтобы полноценно перевести весь существующий транспорт на тот же водород. Да, это может и не будет, потому что водородным двигателям придется поделить рынок с электрическими, как видно по спросу и на электродвигатели.
Спасибо за внимание!