Введение В мире начинает набирать обороты индустрия водородных двигателей и заправочных станций. Переход на водородное топливо, конечно, не решит проблему глобального потепления, но локальную экологию в мегаполисах точно поправит. И здесь будет очевидная конкуренция между чисто электрическим и водородным транспортом. В ближайшей и отдаленной перспективе они будут постепенно вытеснять традиционный двигатель внутреннего сгорания. Для развития водородной энергетики необходимы источники финансирования. Они зависят как от заинтересованности частного сектора, так и от готовности государства развивать данную отрасль. Одна из актуальных на сегодняшний день тем – подготовка к ратификации Парижского соглашения, в соответствии с которым Россия намерена к 2030 году снизить на 30% уровень выбросов (в сравнении с 1990-м). Это значит, что в ближайшее десятилетие надо внедрять инновационные экологичные технологии и снижать объем выбросов, повышая при этом производство. Как работает водородный двигатель? На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород. Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество. Плюсы водородного двигателя: - Экологичность при использовании. Водородный выбрасывает на 50% меньше парниковых газов транспорт 1 - - Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5 - 3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина Бесшумная работа двигателя Водородные топливные элементы не нуждаются в подзарядке. Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электромобилями. (менее 5 минут). Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть. Водород энергетически нейтрален, то есть полученная с его помощью энергия будет равна затраченной на его производств Минусы водородного двигателя: Водород составляет 90% Вселенной и является третьим наиболее распространенным элементом на Земле. Богатство водорода обеспечивает практически неограниченные возможности генерирования энергии. Но, большинство водорода в природе находится в составе соединений, и его извлечение требует энергии. Производство водорода является более дорогостоящим, чем синтез бензина. Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1, а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. - Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва. - Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже чем обычные. - Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов. 2 - Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз, из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения. - Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели и легко воспламеняется. Если он заполнит собой весь капот и салон автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили - Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют «желтым» или «зеленым». - Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. - Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации. Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30%. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами. Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода Преимущества У водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электромобиле хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электромобилями. Экспериментально подтверждено стабильное получение водорода высокой чистоты (98,5% об.). Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — 3 стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. Заключение За прошлый год Парижское соглашение ратифицировали уже в 118-ти странах. Таким образом, мир берет на себя обязательства не допустить роста глобальной темпе к 2100 году выше 2-х градусов по Цельсию, а также довести до нуля выбросы парниковых газов уже к середине столетий. 4
