Что такое водородный двигатель, как он работает, его плюсы и минусы, перспективы

В последние десятилетия мир стал свидетелем резкого увеличения интереса к альтернативным источникам энергии. К таковым относятся и водородные технологии. Водородные двигатели представляют собой одну из наиболее перспективных и экологически чистых технологий, способных изменить транспортный сектор. Сейчас главным конкурентом данной разработки остаются электрокары.

Принцип работы водородного двигателя

Водородный двигатель может функционировать на основе двух основных технологий:

1. Водородные топливные элементы. Водород и кислород вступают в электрохимическую реакцию и производят электричество и побочный продукт. Это электричество затем используется для питания электродвигателя, который и приводит в движение ТС. 

2. Внутреннее сгорание топлива. В этом случае водород сжигается в цикле внутреннего сгорания, аналогично бензину или дизельному топливу. 

Второй метод менее распространён.

Устройство водородного двигателя

Сам прибор представляет собой устройство из катода, анода, воздуховода и полимерную электролитную мембрану. Работа двигателя осуществляется на основе водорода. Электроэнергию получают непосредственно из химической реакции. Компоненты силовой установки мотора:

• блок из топливных устройств, которые работают на основе водорода; 

• бак, в котором осуществляется накопление вещества; 

• вентилятор, необходимый для равномерной подачи кислорода к элементу; 

• соединительные каналы; 

• регулирующие механизмы в виде запорных элементов; 

• преобразователь одного вида энергии в другую; 

• электрический двигатель; 

• аккумулятор; 

• система, которая преобразует энергию в движение ТС.

Такое устройство может работать совершенно автономно, в любых условиях. В том числе, считают, что водородный двигатель будет работать даже в труднодоступных местах.

Преимущества водородных двигателей

Чтобы понимать, насколько актуальна данная технология, в первую очередь нужно разобраться с плюсами установки:

• Экологичность. Основное преимущество водородных двигателей заключается в их низком уровне выбросов. При правильном производстве водород может быть абсолютно чистым источником энергии, выделяя только воду в качестве побочного продукта. 

• Возобновляемость. Водород можно получать из различных источников, включая воду, биомассу и даже отходы. Это делает его более устойчивым по сравнению с ископаемыми топливами. 

• Высокая энергетическая плотность водорода. Это позволяет создать более лёгкие и эффективные транспортные средства с большим запасом хода. 

• Быстрая заправка. Водородные автомобили можно заправлять за время, сопоставимое с заправкой бензиновых или дизельных машин, в отличие от длительной зарядки электрокаров.

В дополнении ко всему прочему, к достоинствам водородного двигателя можно отнести его бесшумность. Это важно в случае проживания в больших городах. Отсутствие лишних звуков благотворно сказывается на состоянии человека и снимает стрессовое напряжение.

Недостатки

Несмотря на множество преимуществ, водородные технологии сталкиваются и с определёнными вызовами:

• Производство водорода. В большинстве случаев водород производят из углеводородов в процессе, который выделяет углекислый газ. Экологичный метод — электролиз воды — требует больших объёмов энергии. 

• Инфраструктура. Доступность заправочных станций для водородных автомобилей значительно ниже, чем для электромобилей, что может стать преградой для их массового распространения. 

• Стоимость и технология. Разработка и производство водородных топливных элементов всё ещё остаются дорогими, что делает автомобили на водороде менее конкурентоспособными по сравнению с традиционными ТС.

А также не стоит забывать о высокой летучести водорода. При проникновении его в салон ТС и возникновении даже небольшой искры — произойдёт взрыв. Так, в 2019 году на территории Норвегии во время работы АЗС случилась утечка. В результате произошёл взрыв, который был ощутим даже на расстоянии во много километров от самой АЗС. Результат: правительство вынесло запрет на развитие данной инфраструктуры.

Будущее водородных технологий

Несмотря на проблемы, интерес к водороду как источнику энергии продолжает расти. Многие ведущие автопроизводители, включая Toyota, Honda и Hyundai, уже разработали и внедрили водородные модели, а региональные и государственные власти активно работают над созданием инфраструктуры для поддержки водородного транспорта.

Одним из наиболее известных примеров можно считать такие модели, как Toyota Mirai и Honda Clarity. Они используют водород для производства электроэнергии, которая затем питает электромотор. Эти автомобили выделяют только водяные пары на выходе, что делает их экологически чистыми.

Кроме того, водородные технологии находят применение не только в легковом транспорте, но и в грузовых перевозках, технологиях хранения энергии и даже в авиации.

С учётом растущего интереса со стороны государственных структур и частных компаний, а также научных исследований в этой области, можно ожидать, что водородные технологии продолжат развиваться. Они открывают новые возможности для автоматизации, повышения энергетической эффективности и снижения воздействия на окружающую среду. Таким образом, внедрение водородных двигателей в транспортный сектор может внести значительный вклад в переход к более экологичным формам передвижения.