Прежде чем думать над водородным топливом, как над новой эрой в автомобильном и промышленном производстве, обратимся к истокам: как, откуда появилось это чудо инженерной мысли.
Применение водорода в качестве топлива началось еще в XIX веке, когда французский изобретатель Франсуа Исаака де Риваз в 1806 году разработал самый первый в мире ДВС, потребляющий водородное топливо. Необходимую электрическую энергию он получал методом электролиза воды. Позже бельгийский изобретатель Жан Жозеф Этьен Ленуар заставил самоходный экипаж двигаться с помощью энергии водорода. Так бы водород и служил бы человечеству в качестве основного топлива, но в 1870 году в ДВС стали применять бензин, сведя на нет первые опыты с водородным топливом.
Водородные аэростаты
О водороде вспомнили только в блокадном Ленинграде в конце 1941 года, благодаря военному технику Б. И. Шелищу, который предложил использовать отработанный водородный газ для заправки автотранспорта. От налетов вражеской авиации Ленинград защищался зенитными орудиями, а также заградительными аэростатами, наполненными водородом, чтобы помешать прицельной бомбардировке города.
Когда водородные аэростаты спускались на землю, их использовали в качестве альтернативного источника топлива. Всего лишь за неделю группа техников переоборудовала на водородное топливо 600 грузовиков ГАЗ. После войны об этом изобретении снова забыли, перейдя опять на бензин.
Все новые и новые изобретения на водороде
В начале 1960-х годов американская корпорация «General Electric» разработала систему электроснабжения на топливных элементах для космической программы NASA. И в наше время технология помогает обеспечивать космические экипажи питьевой водой.
В 1966 году компания «General Motors» представила один из первых автомобилей на топливных элементах, в которых использовался жидкий кислород и охлажденный жидкий водород.
В 1980-х годах применением топливных элементов на подводных лодках заинтересовался военно-морской флот. А в 1998 году Исландия взяла курс на создание водородной экономики и вознамерилась перевести на экологичную технологию весь свой общественный транспорт в течение 10 лет. Процесс идет гораздо медленнее , переводят до сих пор. Но от идеи не отказались.
В 1999 году в Германии открылась первая коммерческая станция для автомобилей, работающих на водороде. А компания DaimlerChrysler AG представила автомобиль NECAR 4 с нулевым уровнем вредных выбросов на топливных элементах.
Новая эра использования водородного топлива
В начале нового тысячелетия общество серьезно задумалось о спасении планеты от вредных выбросов. И внимание к водородным технологиям значительно возросло.
Автомобильная промышленность серьезно настроена на водородное будущее. Такие машины уже выпускают BMW, AUDI, Toyota, Honda, Nissan, Hyundai.
Французская машиностроительная компания «Alstom» запустила первый в мире поезд на водороде. Такой транспорт уже используется в Германии. Маршрут его составляет около 100 км, а скорость до 140 км/ч.
Авария на японской атомной станции Фукусима в 2011 году заставила энергетиков всего мира задуматься о возможных проблемах, связанных с атомной энергией. И на первое место вышли перспективы водородного топлива. Это самый экологически чистый энергоноситель, к тому же его запасы на планете безграничны.
Япония серьезно взялась за развитие водородной энергетики. В г. Кобе планируется возведение водородной электростанции, а судоходная компания «Mitsui OSK Lines» и инжиниринговая фирма «Mitsui E & S Machinery» совместно изучают возможность использования портовой погрузочно-разгрузочной техники на водороде.
Плюсы водородного топлива
Водород — самый распространённый элемент во Вселенной, составляющий около 75% всей материи. Несмотря на его обилие в космосе, на Земле водород обычно производится из природного газа или воды, что связано с энергетическими и экологическими затратами. Существуют технологические и экономические проблемы, включая высокую стоимость установок для электролиза и необходимость в больших количествах чистой воды. Это ограничивает практическое использование водорода как экологически чистого топлива.
Практически идеальное топливо с точки зрения экологии. Ведь побочные продукты таких двигателей — вода и пар. По сравнению с электромобилями, водородный двигатель заряжается мгновенно. Ему требуется всего 5-10 минут, тогда как владельцу электрокара придется ждать полной зарядки 8-12 часов.
Высокий КПД. У привычных нам ДВС он составляет 30-40%, а у автомобилей на водородных топливных элементах от 60%. На 1 кг водорода можно проехать в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном количестве бензина.
И, что приятно, водородные двигатели не создают шума. По сравнению с обычными ДВС, комфорт и удовольствие обеспечены.
Основные минусы водородного топлива
Казалось бы, идеальное топливо найдено. И его столько, что дефицит вряд ли возникнет даже в необозримом будущем. Но есть одно препятствие — водород практически не встречается на Земле в чистом виде. И чтобы его извлечь, применяются различные химические методы:
· Паровая конверсия метана и природного газа;
· Электролиз воды;
· Газификация угля;
· Биотехнологии;
· Частичное окисление.
78% производства водорода приходится на паровую конверсию природного газа и нефти, что приводит к образованию 830 млн тонн выбросов углекислого газа в атмосферу ежегодно. Получается, что радоваться экологичности водородного топлива бессмысленно, если его производство настолько токсично.
Наиболее экологичный "зеленый" водород получают путем электролиза воды с использованием энергии от возобновляемых источников. Но этот метод чрезвычайно дорогостоящий - стоимость 1 кг водорода сегодня составляет около $10.
Хотя Международное энергетическое агентство прогнозирует снижение цены до $2 к 2050 году, это все равно очень высокая стоимость по сравнению с традиционными видами топлива.
Создание сети водородных заправок требует внушительных денежных вложений. Поэтому найти их сейчас практически невозможно.
Безопасность пока тоже хромает. Водород легко воспламеняется, хранение его в больших количествах требует разработки систем защиты. А для этого, опять же, понадобятся колоссальные финансовые вложения.
Таким образом, высокая стоимость производства, необходимость масштабной новой инфраструктуры и нерешенные проблемы безопасности пока что не позволяют водородному топливу стать по-настоящему массовой и экономически выгодной альтернативой нефти, газу и другим традиционным видам топлива. Требуются серьезный технологический прогресс и крупные финансовые вложения для преодоления этих барьеров.