Водневий двигун: перспективи використання

Останній енергетичний криза прокотився по світу в далекому 2008 році, і може здатися, що проблем з кількістю нафти вже не виникає: норми виробітку стають більше, а ціна – нижче. Але незважаючи на це, ніхто не може заперечувати того, що запаси палива на планеті зменшуються. Автомобільні концерни оплачують дослідження і розробки альтернативних видів палива. Двигун Ріваза, що працює на воді, з’явився ще на початку XIX століття. Винахід було представлено в 1806 році і було першим двигуном внутрішнього згоряння, обігнавши бензинові та газові двигуни. Розробники довгий час намагалися продовжити розробку в цьому напрямку, але для того, щоб провести електроліз і отримати необхідну кількість енергії потрібно багато електрики, що робило такий вид палива нерентабельним. Зрештою, це в поєднанні з вибуховими речовинами і поставило крапку на дослідженнях.

Повернення до водню стався наприкінці 50-х рр. минулого століття: паливний елемент був встановлений на трактори в США. Через три роки – у 1962 році – водневий двигун з’явився в маленьких автомобілях для гольфу, ще через п’ять – в мотоциклах. Водень у двигунах внутрішнього згоряння (ДВЗ) може використовуватися у двох варіантах: як гібридний двигун і як паливний елемент.

Гібридний водневий двигун

Гібридний водневий двигун використовується в якості присадки в двигунах внутрішнього згоряння до бензину, або газу. При використанні водню поліпшується займистість палива, але з-за високого ступеня летючість газу підвищується ризик займання. Але незважаючи на цей недолік, зменшується корозія металів і вібрація. Для застосування водню немає необхідності в пристрої додаткового паливного бака, водень виробляється з дистильованої води. При використанні водню відстань, яку можна проїхати, збільшується на 30 відсотків. Безпечне використання газу можливе при низьких температурах до -30⁰С і при відносно високих до +30⁰С.

Паливний елемент

Двигуни з паливним елементом самостійно виробляють електроенергію шляхом розщеплення водню на негативні електрони і позитивні протони. Використання таких двигунів приносить користь при великих обсягах, тому найчастіше застосовуються в большегрузах. На даний момент в Данії, США і Японії тестують залізничні склади, які працюють на двигунах з паливним елементом. Це перспективний шлях розвитку альтернативного палива, тому що витрата водню менше витрати бензину на одиницю відстані.

Ще одним напрямком для розробки таких двигунів є авіація. В літаку ТУ-154 якраз таки і використовувався такий паливний елемент, звичайно ж, після розпаду СРСР всі розробки в цьому напрямі були заморожені. Тим не менш над проектом пасажирського літака, який буде працювати на водні, працюють вчені Європейського Союзу та Китаю. Для того щоб двигун міг працювати, такий літак повинен розвинути гиперскорость, що буде можливо зробити лише при наявності додаткового двигуна. Переваги ДВС на водні пов’язані з його впливом на навколишнє середовище і високим ККД.

Високий рівень екологічності

Звичайно, невисока ступінь забруднення присутній, але із-за наявності в механізмі автомобіля олії. Навіть при додаванні водню в звичайне паливо продуктивність підвищується на 20%. На 5 кг водневого палива автомобіль проїжджає до 500 км. Вчені вважають водень єдиним відновлюваним джерелом енергії.

При незаперечних перевагах на сьогоднішній день недоліків набагато більше, які в основному пов’язані з конструктивом двигуна:

  • Летючість водню. Заправити автомобіль з ДВЗ на водні можливо тільки на заправці. Дозаправитися від іншого автомобіля або з каністри по дорозі не вийде.
  • Вибухонебезпечність і пожежонебезпека. Всім відома катастрофа дирижабля «Гінденбург», який від однієї іскри загорівся в польоті: з 97 осіб, що перебувають на борту, загинула третина.
  • Висока вартість паливних елементів і водневого двигуна, що, в свою чергу, збільшує вартість автомобіля. Аналог з водневим двигуном коштує в два рази дорожче. Автомобіль на базі водневого двигуна обслуговувати в 100 разів дорожче, ніж звичайний двигун.
  • Водневий двигун займає великий обсяг. У вантажівках і автобусах це не створює ніяких незручностей, але в легкових автомобілях зменшується об’єм багажного відділення.

Водневий двигун – це не фантастика. Наприклад, Honda, Toyota і Hyndai налагодили лінію по виробництву автомобілів з двигунами на базі водню і щільно окупували ринок: Toyota Mirai (2015), Honda FCX Clarity (2008), Hyundai ix35 Fuel Cell. В середині грудня минулого року Audi оголосив про своє рішення випустити новий концепт на водні – Q6 H-Tron.

Незважаючи на всі недоліки, водень – це єдиний поновлюваний і необмежений ресурс на планеті. Для того щоб автомобілі з таким ДВС отримали широке поширення, вченим і розробникам треба буде вирішити, як усунути негативні характеристики і зменшити вартість механізму, а державам налагодити інфраструктуру, щоб машини на водні перестали бути рідкістю на дорогах.