Почему человечество до сих пор не использует водородное топливо массово? Оно же дешевое и безопасное
Концепция вечного двигателя интересует ученых со всего света на протяжении сотен лет. Физики веками пытаются разработать устройство, которое сможет бесконечно вырабатывать энергию без внешнего воздействия. Исследователи пытались разработать чудо-аппарат, однако все их стремления и идеи разбивались о законы термодинамики - фундамент физики. Согласно термодинамическим законам, создание вечного двигателя - задача невозможная.
Невозможность создания бесконечного источника энергии в привычном понимании не остановила величайших умов человечества, и они начали разрабатывать концепции двигателей, которые будут работать за счет бесконечного источника. В качестве топлива стали использовать дрова, каменный уголь, кокс, газ и нефть, однако все эти источники - исчерпаемые.
Со временем ученые занялись изучением водорода - самого распространенного вещества вселенной, которое, в рамках нашей планеты, бесконечное. Энергоемкость водорода высока, токсичность ниже, чем у других видов топлива, что не влияет на экологию Земли.
Ученые взялись за эксперименты по созданию водородных двигателей в XIX столетии, а в 2014 году «Тойота» выпустила модель автомобиля с таким двигателем. Экологичность водорода привлекла европейцев, давно желающие найти альтернативу привычному топливу, которое в основном приобретают у России. Сгорание газа и нефти вредит атмосфере, и местные политики заявляют, что Европа рассматривает водород в качестве альтернативы.
Несмотря на все преимущества водородного топлива, его до сих пор массово не использует почти нигде. Причинами тому служит несколько факторов: от политики и экономики до физики и экологии.
Неэффективность и дороговизна
Водородное топливо очень дорогое для повседневного использования, а его добыча требует гораздо больше энергии и средств, чем водородное топливо отдаст после. Чтобы создать водородное топливо, производителям приходится использовать привычные ресурсы, и сгорает их больше, чем выводится нового типа источника энергии.
Есть разные способы получения топлива из самого легкого вещества планеты, однако каждый из них не окупается. Хранить и транспортировать, очищать от примесей это топливо сложнее, чем газ и нефть.
Чтобы перевезти водородное топливо, его необходимо охладить до -273C или поместить в баллоны, давление в которых достигает 700 атмосфер. Оба способа требуют усилий и финансовых затрат, отчего торговля водородом становится убыточной.
Экологичность
Чистое водородное топливо наносит меньше вреда природе, чем уголь, газ или нефть, однако добывают его из тех же углей и газа. Три четверти водорода выводится из природного газа, а оставшиеся 25% - из каменного угля. Метан состоит из одного атома водорода и четырех атомов водорода.
Водородная Заправочная станция
Полезный водород забирают, в результате чего углерод образует вредные оксиды, называемые угарным и углекислым газами - веществами, которые при выбросе в атмосферу наносят ей огромный урон. При выводе водородного топлива тратится значительно больше привычных источников энергии, которые выбрасывают в воздух опасные газы.
Когда водород сжигается в двигателе автомобиля, он выбрасывает в воздух не СО и СО2, а водяные пары. Однако сгорание водорода в двигателе провоцирует реакцию не только с безопасным для нас кислородом, но и азотом. Оксид азота - газ, который ухудшает самочувствие, вызывает головную боль, провоцирует развитие хронических заболеваний и отравлений. Знаменитые кислотные дожди состоят как раз из оксидов азота. Однако это вещество появляется в атмосфере при сжигании любого топлива с температурой горения выше 600 градусов Цельсия.
Проблем добавляют и химические, и физические свойства водорода. Чтобы избавиться от вредных выбросов, производителям следует устанавливать на фабриках «вытяжки» для углекислого и угарного газа, который будет копиться в емкостях, катализаторы в машинах. Однако установка этого оборудования обходится компаниям дорого в единичном производстве, а массовое создание водородных двигателей явно будет обходиться без этого оборудования.
Водород - взрывоопасное и текучее вещество. Его молекулы настолько легки и малы, что способны проходить сквозь металлы, при помощи которых привыкли удерживать обычные виды топлива и вещества!
Какой есть выход?
Еще один способ, при помощи которого можно вывести водород, действует при помощи электричества. Благодаря электролизу научились добывать водород из воды - способ добычи наиболее безопасный, поскольку в атмосферу выбрасывается только кислород, который полезен для всего живого.
Добыча водорода путем электролиза занимает меньше 1% от всей доли выведения этого вещества из-за того, что этот способ самый дорогой. Себестоимость добычи молекулы Н из газа - от 1 до 3$ за килограмм водорода. Килограмм вещества, добываемый путем электролиза, стоит 10$.
Эффективно использовать электролиз для добычи водорода могут те страны, в которых развита традиционная энергетика в виде АЭС или ГЭС - эти станции вырабатывают самое дешевое электричество. Солнечные батареи или ветряные вышки не смогут обеспечить электричеством производство водорода, поскольку вырабатывают его в сотни раз меньше, чем АЭС и ГЭС.
Чтобы автомобили не производили вредный выхлоп, двигатель внутреннего сгорания необходимо заменить на подобие аккумулятора, активным веществом в котором будет не ток, а водород. Вещество необходимо заправлять в двигатель, как бензин или зарядка для электрокаров. Коэффициент полезного действия у таких движков выше, чем у традиционных, а автомобиль не выбрасывает вредные газы в воздух.
Появится ли массовое производство таких машин?
Несмотря на все преимущества водородного топлива, эксперты не уверены, что новый тип энергии будет внедряться в современных реалиях.
Многие автомобилисты, которые купят такие машины, будут тратить слишком много денег на их «заправку», а станций по обеспечению транспорта водородом в мире почти нет.
Аналитики считают, что машина на водородном топливе будет не более эффективной, чем электрокар, если учесть все издержки по добыче топлива, его дороговизну и сложность транспортировки.
Значимое преимущество водородного топлива над электричеством - увеличенный запах хода. Транспорт с новым двигателем не надо заправлять настолько часто, как электромобили.