И еще немного о водородном топливе

Вы думаете, что водородный транспорт появился совсем недавно? Вовсе нет. В 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз создал первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде. Этот газ он получал электролизом воды, т.е пропусканием электрического тока через воду. В 1860 году появился автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, работавшем на водороде. Назывался гиппомобилем, а его автором был изобретатель французско-бельгийского происхождения Этьен Ленуар. Первые версии этого трехколесного автомобиля работали исключительно на водороде. Название «гиппомобиль» образовалось от древнегреческого слова «ипос» в переводе означает «лошадь». Оно напоминало о том, что автомобиль ездил самостоятельно, без помощи лошадей, но транспортному средству постоянно требовалось «питье», т.е. подзарядка, как и животным. Позже автомобиль перевели на светильный газ, для некоторых образцов использовался коксовый газ. Одна из машин Ленуара была создана для двора российского императора Александра II. В 1862 году Ленуар испытал свое изобретение, проехав на нем 18 километров по окрестностям Парижа.

Говорят, что новое — это хорошо забытое старое. Поэтому возрождаем то, что уже было изобретено и усовершенствуем. В наше время автомобили на водородном топливе уже производятся. Первый в мире серийный водородный автомобиль Toyota Mirai, поступил в продажу в Японии в 2014 году. Но первые экспериментальные водородные автомобили, произведенные компанией General Motors, увидели свет ещев 1966 году. В 1979 году немецкая компания BMW выпустила водородный автомобиль.

Сечас технологию разработки автомобилей на водородном топливе поддержали и другие известные компании: Honda и Hyundai, Audi, Ford, Nissan. Почему вернулись к этой идее спустя столетие? С одной стороны водород, как энергоноситель, позволит сократить потребление углеводородного топлива, т.е. бензина, керосина, метана и т.д. С другой стороны, его использование снижает загрязнение атмосферы выхлопными газами, при его сгорании, как вы помните, образуется вода. В мире сейчас количество автомобилей постоянно растет, соответственно возрастает и уровень загрязнения воздуха. Морской транспорт часто использует низкокачественные дешевые сорта топлива, поэтому вносит существенный вклад в отравление воздушного пространства и воды. Кроме того, постоянно растут цены на энергоносители, отсюда стремление многих стран обрести энергетическую независимость и созданием новых видов транспорта.

Но на ряду с растущим желанием перейти на экологический вид топлива, высказываются и опасения. Некоторые производители считают водородное топливо бесперспективным из-за дороговизны получения, сложностей в хранении, перевозке, обслуживании таких автомобилей, малоразвитой сети заправочных станций и многое другое.

В Советском Союзе водородные автомобили создавались уже в 70-е годы прошлого столетия. В 1980 году во время Олимпиады Олимпийскую деревню обслуживали несколько микроавтобусов на водородном топливе. И сейчас ученые и инженеры России работают над созданием и усовершенствованием водородных автомобилей. По мнению российских специалистов еще одним важным плюсом этого топлива является быстрая скорость заправки, около пяти минут, практически бесшумное движение водородных транспортных средств. С мифом о небезопасности водородного топлива не соглашаются, считая его преувеличением. Эксперименты подтверждают, что вероятность взрыва этого газа гораздо ниже, чем у других видов топлива. Чтобы произошел взрыв водорода необходима концентрация кислорода от 18% до 59 %, в то время как для взрыва бензина достаточно от 1% до 3%. В случае неполадок, благодаря своей легкости водород быстро улетучивается в атмосферу, а это значительно снижает возможность возгорания и распространение огня. Бензин — жидкость, растекающаяся вокруг источника возгорания, что по понятным причинам намного опаснее. Водород получают разными путями — из воды, природного газа, угля. Поэтому появились и особые названия у водорода — черный, коричневый, серый, синий, зеленый, они связанны со способами и чистотой производства. Зеленый водород получают из воды, он экологически чистый. Электроэнергия производится на возобновляемых источниках – солнечные батареи, ветровые установки, гидроэлектростанции. Эффективность водородных двигателей может превышать 45%, в то время как кпд традиционных двигателей внутреннего сгорания не более 35%. Получается, что каждый килограмм водорода позволяет транспортному средству проехать расстояние в 2,5–3 раза большее, чем при использовании аналогичного объема бензина.

Опытный образец водородного автомобиля способен разогнаться до 100 км/ч менее, чем за четыре секунды, а установленная в ней система хранения водорода вмещает до 8 кг газа при давлении в 700 атмосфер. Дальность хода у транспорта составит 870 км, но это не предел, а максимальная скорость-250 км/час.

Ну уж коль мы затронули тему транспорта, несправедливо было бы не упомянуть и космический, к которому водород имеет непосредственное отношение. Одним из видов космического топлива является криогенное жидкое ракетное топливо. Название «криогенное» указывает на то, что хотя бы один из его компонентов — окислитель или горючее должен находиться при температуре ниже 120 градусов Кельвина или — 153 градусов Цельсия. К криогенным компонентам относятся газы в жидком состоянии — кислород, водород, фтор и другие. Жидкий кислород является наиболее распространенным компонентом, он используется в качестве окислителя. В современных ракетах достаточно часто как второй компонент — грючее, выступает жидкий водород.

Жидкий кислород как окислитель и жидкий водород как горючее обеспечивают максимальную среди доступных топлив эффективность. Это пара предложена была еще К.Э.Циолковским в качестве «эталонной топливной пары». Именно с ней он сравнивал другие возможные варианты ракетного топлива. Для уменьшения плотности горючего и снижения потерь на испарение в современной ракетной технике используется охлажденный до температуры 14К так называемый зашугованный водород. Это смесь жидкой и твердой фазы водорода одновременно.

Криогенные компоненты позволяют получить достаточно высокие значения удельного импульса, поэтому часто используются в космических ракетах-носителях. Удельный импульс – это показатель эффективности реактивного двигателя в совокупности с используемым ракетным топливом. Компоненты (водород, кислород, метан) нетоксичны и наносят значительно меньший вред окружающему пространству. В тоже время они сложны в эксплуатации при транспортировке и хранении, требуют выбора особых материалов и конструкции топливных баков и двигателей. Ракеты, заправленные этим топливом не могут длительное время находиться в заправленном состоянии, например, в случае задержки пуска.

И все-таки, несмотря на технические трудности в использовании топливной пары «жидкий кислород — жидкий водород», этот вид космического топлива даёт большие преимущества при использовании на ракетах тяжёлого класса. Верим, что у космического водорода –большое будущее на Земле.

Википедия «Водородный транспорт»

Википедия «Криогенное ракетное топливо»