Зачем в мире переходят на водородный транспорт и где он работает
Развивающиеся страны все активнее отказываются от традиционного топлива, и стремятся перейти на более экологическое – водород. БизнесЦензор собрал страны, где уже работает транспорт на водороде и рассказывает, почему это топливо набирает популярность. Публикация при содействии РГК.
Почему водородное топливо становится популярным
Водород можно получить из воды путем электролиза. Для электролиза можно использовать избыточную электроэнергию, которую производят в "пиковый период" солнечные или ветровые электростанции.
В результате получается экологически чистое топливо, которое производится из воды с помощью "зеленой" электроэнергии. Оно не приводит к выбросу парниковых газов и не оставляет "углеродного следа". А значит, не имеет влияния на климат и не загрязняет окружающую среду.
Например, автомобили на водородных топливных батареях не производят вредных выбросов СО2 в атмосферу. А вместо угарного газа из выхлопной трубы выходит водяной пар, который преобразуется в воду.
Экологичность делает водородное топливо привлекательным. Более того, водород поможет заменить не только топливо для транспорта, но и природный газ в отоплении, и уголь в металлургии.
Именно поэтому водород называют топливом будущего. А многие страны внедряют проекты по использованию водорода вместо угля в производстве, по частичному замещению водородом природного газа в отоплении жилья и переводу транспорта на экологическое топливо.
В каких странах работает транспорт на водородном топливе
Водородные поезда Coradia iLint в Германии
Coradia iLint – это первый в мире поезд на водородных топливных элементах. Два таких поезда курсируют между городами Бремерфёрде, Куксхафен, Бремерхафен и Букстехуде в Германии, в федеральной земле Нижняя Саксония.
В июле 2019 года они прошли более 100 тыс. км, спустя 10 месяцев регулярной перевозки пассажиров, с сентября 2018 года.
Эти поезда имеют два электромотора. Электричество для моторов поступает из источника энергии в самом поезде. На крыше установлена цистерна с водородом и топливный элемент. В нем водород соединяется с кислородом, в результате чего возникает электрический ток.
В результате реакции в окружающую среду выделяется только вода, и нет выброса вредных веществ. Еще один плюс – такие поезда практические бесшумны.
Максимальная скорость Coradia iLint – 140 км в час. Дальность поездки на одной заправке – от 800 до 1000 километров. На заправку уходит около 15 минут.
До конца 2021 года в Нижней Саксонии планируют отказаться от дизельных локомотивов. Их собираются заменить на 14 водородных поездов, которые обойдутся в около 81 млн евро.
Водородные поезда будут использовать в регионе Гессен. В мае 2019 года французский концерн Alstom, который выпускает такие поезда, получил заказ на 27 единиц.
Поезда планируют использовать с 2022 года для пригородного сообщения с горным массивом Таунус, в федеральных землях Гессен и Рейнланд-Пфальц.
Так Германия планирует стать мировым лидером в области использования транспорта на водородном топливе.
Японские легковые автомобили Toyota Mirai
Toyota Mirai – это гибридный автомобиль с водородными топливными элементами от японской корпорации. Его выпустили еще в 2013 году. В США и Европе продажи стартовали в 2015 году.
Авто не производит вредных выбросов СО2 в атмосферу, а вместо выхлопных газов из трубы выходит водяной пар.
Под днищем авто расположен аккумулятор и два баллона, в которые закачивается водород. Крупные воздухозаборники подают воздух в топливные элементы и охлаждают их. В них же подается водород. При соединении водорода с кислородом возникает электрический ток.
С двумя полными резервуарами водорода можно проехать 650 км. Для полной заправки понадобится 3 минуты.
Максимальная скорость 175 км/ч. Разгон от 0 до 100 км/час возможен за 9 секунд. Авто оснащено системой автоматического отключения выходного клапана резервуара с водородом, чтобы водород не попал в механизмы вне баллона.
Все детали, связанные с водородом, расположены за пределами кабины, чтобы исключить риск возгорания в салоне. Кроме того, для авто создали уникальный каркас, который распределяет ударную силу вокруг салона и топливных элементов, в случае аварии.
Водородные автобусы Лондона
В 2020 году в Лондоне, Великобритания начнут курсировать 34 автобуса H2.City Gold на водородных топливных элементах. Это разработка португальской компании CaetanoBus.
Запаса водорода хватит на 400 км, а на заправку понадобится около 9 минут. Топливные элементы установлены на крыше.
Курсировать будет два варианта автобуса – 10,7 и 12 метров в длину.
Впервые CaetanoBus H2.City Gold представили на выставке Busworld Europe 2019 в Брюсселе.
Интересно, что в этих автобусах будут использоваться те же топливные элементы, которые используются для серийного производства Toyota Mirai. Так, CaetanoBus H2.City Gold стал первым европейским автобусом с водородными элементами Toyota.
Установка Fuel Cell от Toyota имеет мощность 60 кВт и работает в паре с электромотором Siemens номинальной мощностью 180 кВт. В автобусе также есть небольшая аккумуляторная батарея LTO.
Водородные автобусы в Токио
В марте 2018 года Toyota запустила в Японии производство автобусов на топливных элементах Sora. До начала Олимпийских и Паралимпийских игр 2020 компания рассчитывала запустить более 100 автобусов на водородном топливе в Токио.
В компании считают, что использование экологических автобусов на дорогах столицы повысит спрос на них в других городах страны.
Топливные элементы Sora созданы на базе системы топливных элементов Mirai (FCEV). Дополнительно автобус оборудован аккумулятором, который служит системой хранения энергии для электродвигателей. Также есть 10 баллонов, которые вмещают 600 литров водорода.
Автобусы имеют длину 10,5 метров, и вмещают 79 человек (22 сидячих + 56 стоящих + 1 водитель). В них установлены системы безопасности и видеонаблюдения.
Помимо экономичности и отсутствия негативного влияния на окружающую среду, автобусы соответствуют стандарту Non-Step2. Это означает, что в них использованы технологические решения, которые облегчают посадку и высадку пожилых людей и детей.
Силовая установка автобусов Toyota FC одновременно является источником питания с высокой пропускной способностью. Максимальная мощность (9 кВт) и большая емкость подачи электроэнергии (235 кВт/ч) позволяют использовать автобусы в качестве мобильного аварийного источника питания в случае стихийных бедствий или в качестве автономного генератора для питания бытовых приборов.
Водородные поезда в Нидерландах
В средине марта 2020 года в Нидерландах завершили испытания французской "водородной электрички" Alstom Coradia iLint, которая работает на водородном топливе.
Поезда на водородном топливе заменят собой составы на дизеле, мазуте и других "грязных" видах топлива на тех направлениях, где нельзя провести электричество. Пока планируется, что они будут ходить в районе города Гронинген.
Технология Alstom Coradia iLint разработана для поездов, которые не были или не могут быть электрифицированы.
Как и уж курсирующие по Германии поезда, поезда в Нидерландах смогут проходить около 800 км на одной заправке. Дозаправка занимает меньше времени, чем заправка дизелем и составляет около 10-15 минут.
Скорость поезда – 140 км в час. Для понимания – максимальная заявленная скорость Intercity Hyundai, который ездит в Украине – 160 км/час.
Идея перевода транспорта на экологически чистый – не новая. С 2001 по 2006 год в Европе действовала программа по испытанию автобусов на водородных топливных элементах Clean Urban Transport for Europe (CUTE).
В программе принимали участие Амстердам, Барселона, Гамбург, Лондон, Мадрид, Люксембург, Порту, Стокгольм, Штутгарт и Рейкьявик.
Все городда получили по три автобуса Mercedes-Benz Citaro с силовой установкой на водородных топливных элементах. Позже к программе присоединились китайский Пекин и австралийский Перт, запустив также по три автобуса.
Всего испытание проходили 36 автобусов. Они проехали более 2 млн км. и перевезли более 6 млн пассажиров. После окончания программы, водородные автобусы продолжили курсировать. А власти Австралии приняли решение продлить тестирование водородных автобусов в Перте.
Сегодня власти стран Евросоюза вновь подымают тему экологически чистого транспорта, поскольку он поможет в борьбе против изменений климата. Около четверти выбросов углекислого газа в ЕС вырабатывает транспорт. Именно поэтому власти ищут экологическую замену.
Франция, Германия и Нидерланды внедряют все больше проектов по использованию водорода, и не только для транспортной отрасли. А канцлер Австрии Себастьян Курц заявлял, что планирует превратить Австрию в "водородное государство №1".
2021 год в Европе должен стать "Годом железных дорог". Из-за этого все страны-участники ЕС должны будут уделять внимание развитию экологических видов транспорта.
Несмотря на развитую инфраструктуру, некоторые участки железных дорог ЕС трудно или невыгодно электрифицировать. Для таких участков водородный транспорт может стать решением проблемы, заменив старые дизельные электрички.
https://www.youtube.com/watch?v=ex1NZ8-bXvg
Ну или можете попробовать доказать митохондрии , что она дура. Митохондрии перерабатывают органическое «горючее» - пируваты и жирные кислоты, синтезируя АТФ - универсальный источник энергии для всех биохимических процессов в живых организмах, одновременно создавая разность электрических потенциалов на своей внутренней мембране.
Та и войнушки из-за углеводов - это ж не у нас. https://censor.net/ua/news/3051944/**************************************************************************************************************
Согласно последнему отчету BP Statistical Review of World Energy 2018, мировые разведанные запасы нефти составляют 1,696 млрд баррелей, чего при сохранении текущего уровня потребления хватит лет на пятьдесят. Неразведанные запасы нефти, предположительно, дадут нам еще полвека углеводородной энергетики, но и стоимость ее добычи может оказаться такой, что нефть попросту станет невыгодна в сравнении с другими источниками энергии. Если у тебя есть или будут внуки - они этим насладятся в полной мере. Или мы думает что это еще далеко?
А вот это называется личной энергонезависимостью "....в багажнике Mirai 2016-го модельного года установлен разъем CHAdeMO, через который можно организовать электроснабжение небольшого частного дома, что делает автомобиль генератором на колёсах с предельной ёмкостью 150 кВт∙ч...." - но как тогда ободрать лоха на зеленой энергетике?
Топливный элемент - электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне[1] - в отличие от ограниченного количества энергии, запасённого в гальваническом элементе или аккумуляторе.
Ну, а далее о цифрах и КПД.
Водородные топливные элементы осуществляют превращение химической энергии топлива в электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения.
У топливных элементов нет жёсткого ограничения на КПД, как у тепловых машин
Высокий КПД достигается благодаря прямому превращению энергии топлива в электроэнергию. В обычных генераторных установках топливо сначала сжигается, полученный пар или газ вращает турбину или вал двигателя внутреннего сгорания, которые, в свою очередь, вращают электрический генератор. Результативный максимум КПД составляет 53 %, чаще же он находится на уровне порядка 35-38 %. Более того, из-за множества звеньев, а также из-за термодинамических ограничений по максимальному КПД тепловых машин, существующий КПД вряд ли удастся поднять выше. У существующих топливных элементов КПД составляет 60-80 %
Основное преимущество внедрения топливных элементов в наземные транспортные средства (например на автомобилях): предполагаемый высокий КПД. КПД современного автомобильного ДВС достигает 35 %, а КПД водородного топливного элемента - 45 % и более. Во время испытаний автобуса на водородных топливных элементах канадской компании Ballard Power Systems был продемонстрирован КПД в 57 %.. КПД классического свинцового аккумулятора выше - до 70-90 %.
Принцип действия топливных элементов был открыт в 1839 г. английским ученым У. Гроувом, который обнаружил, что процесс электролиза обратим, то есть водород и кислород можно объединить в молекулы воды без горения, но с выделением тепла и электричества.
Водородно-воздушные энергетические системы обладают рядом неоспоримых преимуществ, среди которых широкий температурный диапазон эксплуатации внешней среды (-40..+60С), высокий КПД (до 60%), отсутствие шума и вибраций, быстрый старт, компактность и экологичность (вода, как результат "выхлопа").
Совокупная стоимость владения водородно-воздушных систем значительно ниже обычных электрохимических батарей. Кроме того, они обладают высочайшей отказоустойчивостью за счет отсутствия движущихся частей механизмов, не нуждаются в техническом обслуживании, а срок их эксплуатации достигает 15 лет, превосходя классические электрохимические батареи вплоть до пяти раз.
Автомобили на водородном топливе уже производятся. Среди компаний, которые производят такие автомобили - Toyota, Honda и Hyundai. Разработкой автомобилей на водородном топливе занимаются также Daimler, Audi, BMW, Ford, Nissan и др.
В 2016 году в Германии был представлен первый водородный поезд - Coradia iLint компании Alstom, поезд начнет курсировать по маршруту Букстехуде - Куксхафен в Нижней Саксонии с декабря 2017 года. Предполагается, что в итоге они заменят 4 тыс. дизельных региональных поездов, действующих в Германии на неэлектрофицированных участках железных дорог. В Alstom сообщают, что интерес к таким поездам также выразили Нидерланды, Дания и Норвегия.
Основное преимущество внедрения топливных элементов в наземные транспортные средства (например на автомобилях): предполагаемый высокий КПД. КПД современного автомобильного двигателя внутреннего сгорания достигает 35 %, а КПД водородного топливного элемента - 45 % и более. Во время испытаний автобуса на водородных топливных элементах канадской компании Ballard Power Systems был продемонстрирован КПД в 57 %.. КПД классического свинцового аккумулятора выше - до 70-90 %.
В 2002 году Департамент Энергетики США поставил цель - снизить к 2010 году стоимость топливных элементов до $45 за 1 кВт установленной мощности и до $30 за 1 кВт к 2015 году (в долларах 2002 года, без учёта инфляции). Это означает, что бортовой источник электроэнергии для силовой установки мощностью 100 кВт. (134 л. с.) будет стоить $3000, что сопоставимо со стоимостью двигателя внутреннего сгорания[18].
Автомобили с силовыми установками на водородных топливных элементах производят и испытывают:
Ford Motor Company - Focus FCV;
Honda - Honda FCX;
Hyundai - Tucson FCEV (топливные элементы компании UTC Power);
Nissan - X-TRAIL FCV (топливные элементы компании UTC Power);
Toyota - Toyota Highlander FCHV, Toyota Mirai;
Volkswagen - space up!;
General Motors;
Daimler AG - Mercedes-Benz A-Class;
Daimler AG - Mercedes-Benz Citaro (топливные элементы компании Ballard Power Systems);
Toyota - FCHV-BUS;
Thor Industries - (топливные элементы компании UTC Power);
Irisbus - (топливные элементы компании UTC Power);
Grove Hydrogen Automotive[19] - Grove Obsidian[20];
и другие единичные экземпляры в Бразилии, Китае, Чехии и т. д.
Первый в мире серийный автомобиль поступит в продажу в конце 2014 года[21]:
Toyota Mirai- водородный гибридный автомобиль на топливных элементах.
В Германии производятся подводные лодки класса U-212 с топливными элементами производства Siemens AG. U-212 стоят на вооружении Германии, поступили заказы из Греции, Италии, Кореи, Израиля. Под водой лодка работает на водороде и практически не производит шумов.
Hydrogen challenger - германский танкер. Производит водород на борту из энергии ветра.Исландия планирует перевести на водород все рыболовецкие суда. Для производства водорода будет использоваться геотермальная энергия и энергия ГЭС
Велосипед с водородными топливными элементами производства китайской компании Shanghai Pearl. Экспорт в Испанию начался в мае 2008 года.
https://day.kyiv.ua/ru/article/ekonomika/nakanune-vodorodnoy-revolyucii