В качестве топлива водород кажется очень привлекательным веществом: самый лёгкий элемент, получается из воды, не выбрасывает в атмосферу углекислый газ.
Так почему же на дорогах до сих пор так мало водородных автомобилей? Давайте для начала разберёмся, как устроен водородный двигатель.
На специальных заправках автомобиль заправляется сжатым водородом. Водород поступает в топливный элемент. Топливный элемент преобразует химическую энергию молекулы водорода Н2 в электрическую (этот процесс называется обратный электролиз). Он состоит из анода и катода, разделённых платиновой мембраной, которая пропускает протоны. В ёмкость с анодом поступает водород, а в ёмкость с катодом – воздух из воздухозаборника.
На катализаторе анода молекулярный водород расщепляется на электроны и катионы (положительные ионы водорода). Катионы проводятся через мембрану к катоду, а электроны поступают в электрическую цепь. На катализаторе катода молекулы кислорода из воздуха соединяются с электроном и протоном, образуя воду. Пар или вода — это единственный продукт реакции.
Кроме экологичности, у водородного двигателя полно плюсов: бесшумная работа двигателя, большой запас хода и короткое время дозаправки – заправка серийных водородных авто Toyota Mirai длится всего три минуты! Какие же минусы перевешивают столь впечатляющие плюсы?
Во-первых, водородные двигатели дороги. Топливные элементы содержат платину – один из самых дорогих металлов в мире. Из-за того, что водород взрывоопасен, водородные двигатели требуют дополнительного дорогостоящего оборудования: систем хранения водорода и сверхпрочных углепластиковых баков.
Во-вторых, в мире ещё слишком мало водородных АЗС. Это проблема курицы и яйца: автомобили на водородном двигателе непопулярны, потому что мало заправок, а заправок мало, потому что мало автомобилей. С другой стороны, всего несколько лет назад похожая проблема была у электротранспорта, рынок которого растёт и в мире, и в частности в России.
В-третьих, у водорода высокая стоимость производства и хранения. Водород легко воспламеняется, его нужно хранить под давлением, и он протекает. Кроме того, в настоящее время большая часть водорода производится из ископаемого топлива, что делает его не таким экологичным, как кажется.
Так есть ли будущее у водородных автомобилей? Некоторые считают, что нет, и водородные двигатели навсегда проиграли электроаккумуляторам. Например, Илон Маск назвал автомобили на водородных топливных ячейках ошеломляюще глупыми. С другой стороны, уже сейчас по дорогам США, Японии и Германии ездит большое количество водородных автобусов и грузовиков.
Вполне возможно, в ближайшее время нас ждёт рост производства дешёвого водорода и улучшение логистики заправочных станций – и тогда водородные автомобили станут такой же привычной реальностью, как электрические.
Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed
Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru