Водород как топливо для автомобилей
Довольно давно говорится, что водород может решить проблему загазованности городов и его часто приводят как альтернатива электромобилям. В этой статье я постарался собрать различные исследования по этому поводу, касающиеся водородного топлива.
Схема "водородомобиля"
Преимущества водородных машин перед автомобилями с ДВС
1. Они не дымят и у них нет вредных газов в выхлопе. Так как при соединении кислорода с водородом получается вода, то и выхлоп можно считать абсолютно чистым.
2. В водородных автомобилях используются водородные топливные элементы (ТЭ), которые производят электричество для электромоторов. КПД у топливных элементов в 2,4 раза выше чем у ДВС. Теоретически, можно использовать и водородоный ДВС, где водород будет сжигаться как бензин (с определёнными усовершенствиями, конечно). Но в этом случае, КПД такой системы будет близок к обычному ДВС + выхлоп будет иметь много токсичных окислов азота, что само по себе разрушает всю идею чистого выхлопа.
3. Они тише. Электромоторы и ТЭ не шумят. Шум обычно происходит от шин и начинается на скоростях более 30 км/ч.
4. Водород более энергоёмок. Поэтому водородный бак меньше по размерам и занимает меньше места.
Водородный балон в "водородомобиле"
Преимущества водородных машин перед электромобилями
1. Самое большое преимущество, это то что весь процесс зарядки идёт как и у автомобилей с ДВС - мы заправляем машину и едем. Не надо ждать 30-45 минут на зарядной станции.
2. Вам не надо таскать с собой 500-700 кг батарею постоянно. Водородные автомобили легче электромобилей, причём используют электромоторы. О преимуществах электромоторов перед ДВС я рассказывал вот здесь.
3. Из-за потерь тепла в ТЭ при производстве электричества, выделяется много побочного тепла. В общем случае это плохо (процесс неэффективен), но это тепло можно использовать для обогрева салона. Поэтому потери дальности хода зимой у водородных автомобилей значительно ниже, чем у «электричек».
4. Батарея электромобилей деградирует со временем. Если следовать правилам и если батарея оборудована системой охлаждения, батарея проживёт 12-15 лет в северных странах (в южных значительно меньше). После этого батарею нужно перерабатывать с помощью технологий, которые ещё полностью не отработаны. У водородных машин нет этих ограничений.
К сожалению, у водородных автомобилей очень много серьёзных недостатков:
1. Водородные автомобили нельзя считать чистыми в настоящее время - процесс производства водорода даже грязней, чем сгорание бензина или дизтоплива. Водород в настоящее время производится из метана, с использованием электричества и выделения большого количества углекислого и угарного газов. При производстве 1 кг водорода, производится 7,05 кг CO2, в то время как при сгорании эквивалентного кол-ва ископаемого топлива производится меньше углекислого газа: 5,96 кг для бензина, 6,08 для дизеля и 4,76 для газа (данные отсюда)!!!
Сравнение производства H2 и сравнение с ДВС
Спасает немного ситуацию, что комбинация ТЭ + электромотор имеет вдвое более высокий КПД, и поэтому использование водорода в автомобилях в целом производит меньше CO2, нежели ДВС:
Сколько CO2 производится на 1 кВч произведённого электричества в автомобиле
То есть, при использовании водорода, вы производите 375 г углекислого газа на 1 кВт·ч, тогда как для дизеля это 583 г. Процесс электролиза получается значительно «дороже», см. таблицу. Выходом может считаться «чистый» электролиз, например в местах, где есть избыточная чистая энергия (например ночное электричество на гидроэлектростанциях).
2. Отсутствует инфраструктура. Мало где есть водородные заправки и их предстоит построить. Немцы подсчитали, что надо вложить 40 млрд евро для постройки инфраструктуры для 20 млн «водородомобилей». У нас в Норвегии есть 3 «водородоколонки».
В защиту водорода здесь можно сказать, что строительство инфраструктуры для электромобилей выйдет ещё дороже.
3. Хранение водорода. Один из ключевых материалов, используемых для хранения и катализа водорода, это палладий (драгоценный металл). Он чрезвычайно дорогой, поэтому его успользование сильно удорожает системы храниения водорода. Сейчас многие страны работают над решением «проблемы палладия».
4. КПД водородной цепи (от производства водорода до колёс автомобиля) очень низкий. Он гораздо ниже чем у «электричек». Вот подсчёты сделанные Transport&Environment:
Первый столбик - электромобили, второй - водород
На предыдущей картинке сравнивается полный КПД для электричества, водорода и синтетического топлива, производимого на «бензоколонке». КПД у водородной цепи очень низок, и близок к ДВС. Как видите, «электрички» выигрывают у водорода 77 против 30%.
В другом исследовании электрические машины также сравниваются с водородными и получается, что КПД у водорода даже ниже:
Слева - водород, справа - электричество.
По этим расчётам, КПД у полного цикла доставки электричества - 69%, и только лишь 23% - у водорода.
5. Взрывоопасность. Водород очень взрывоопасный газ. И чтобы не быть голословным, недавно недалеко от Осло взорвалась одна из немногих водородных заправочных станций. Причиной стала утечка из неправильно установленного клапана.
Взорвавшаяся станция заправки водорода в Норвегии
Водород - топливо будущего?
Как я вижу, водород может иметь интерес в некоторых типах транспорта, как например в автобусах, особенно междугородних или грузовых перевозках. В настоящее время уже создано несколько прототипов водородных грузовых автомобилей.
Но я думаю, из-за сложностей с инфраструктурой и из-за «грязного» производства в настоящее время, его трудно рассматривать как серьёзную альтернативу машинам с ДВС и, в будущем, электромобилям. У нас в Норвегии хотя я и видел эти машины на дорогах, общее их кол-во ничтожно мало по сравнению с «электричками». И я не вижу, что правительство делает какие-то конкретные и действенные шаги для его продвижения.
Автобус на водороде
Мой опыт поездки на электромобиле Ниссан Лиф по Норвегии:
Часть 1. Осло - Мои по побережью
Часть 2. Мои - Осло через горы
Другие записи про электрокары:
Европа всё же выкрутила руки автопроизводителям (про продажи «электричек» в Европе)
Этот ужасный электробус! (электробус, часть вторая)
Электробусы, опыт Осло (электробус, часть первая)
Хватит ли электромобилям электричества? (что будет, если электрифицировать весь парк автомобилей)
Взрывающаяся Тесла (про пожароопасность электромобилей)
Что делать со старыми батареями электрокаров? (про переработку батарей)
Электромобили более экологичные? (жизненный цикл автомобилей)
Любимая и ненавистная Тесла (Плюсы и минусы Теслы)
Секрет успеха электрокаров (Почему электрокары так популярны в Норвегии)