Перспективы водорода как автомобильного топлива

Пнд, 09/09/2013 - 17:12

Хранение и транспортировка водорода

Одной из центральных проблем водородной энергетики являются большие затраты на хранение и транспортировку водорода. Проблема связана в первую очередь с очень низкой плотностью водорода в газообразном состоянии (при атмосферном давлении и нормальной температуре 1 кг водорода имеет объем 11 кубометров).
На сегодняшний день рассматривается несколько основных вариантов хранения водорода. Различные способы хранения водорода характеризуются рядом параметров, основными из которых являются:

1. Объемное содержание водорода (кг/м3) — масса водорода, приходящаяся на объем аккумулятора.
2. Массовое содержание водорода (кг водорода на кг общего веса заряженного аккумулятора в %).
3. Условия хранения (давление и температура), герметичность, чувствительность к влаге и воздуху.
4. Условия гидрирования-дегидрирования. При каких условиях происходит поглощение водорода аккумулятором и при каких условиях он выделяет водород, необходимость катализатора или химического реагента.
5. Циклическая устойчивость. Сколько циклов перезарядки с сохранением приемлемых параметров может обеспечить аккумулятор (фактически — время эксплуатации).
6.Стоимость.

Эффективное использование

После более чем столетия нескончаемых усовершенствований двигатель внутреннего сгорания все еще имеет коэффициент полезного действия около 16%. КПД всех тепловых двигателей ограничено циклом Карно. Теоретически, даже при идеальных условиях тепловой двигатель, используемый для приведения в движение автомобиля или электрогенератора, не может преобразовать всю тепловую энергию в механическую. Некоторая часть тепла теряется. В двигателе внутреннего сгорания тепло подается от источника с высокой температурой (Т1), часть энергии преобразуется в механическую и оставшаяся часть выбрасывается при низкой температуре (Т2). Чем больше разность между этими температурами, тем выше КПД двигателя.

Сейчас крупнейшие производители рассматривают возможность массового внедрения так называемых топливных элементов, которые используют водород для преобразования химической энергии в электрическую. Топливный элемент представляет собой электрохимическое устройство, которое генерирует электрический ток из водорода и кислорода, при этом также выделяются тепло и вода. Здесь нет обычного горения, как в двигателях внутреннего сгорания, поэтому не выделяются вредные вещества и нет шума. Но главное — коэффициент полезного действия топливного элемента в 2-3 раза выше, чем при обычном сжигании топлива. Ожидается, что электромобили на топливных элементах достигнут КПД 40-45% и весьма вероятно, что выше. Это существенно сократит выбросы парниковых газов и, конечно, сократит расход топлива. Таким образом, несмотря на большую (как уже отмечалось выше) энергоемкость водорода по отношению к привычным углеводородным энергоносителям, оказывается, что его сжигание в двигателе внутреннего сгорания менее эффективно, нежели преобразование его энергии в электрическую. Последняя может быть легко в свою очередь преобразована в механическую посредством электродвигателя. Причем КПД современных двигателей постоянного тока (а именно такой ток генерируется в топливных элементах) превышает 85%. Кроме того, электромобили на топливных элементах, приводимые в движение электромоторами, гораздо проще в конструкции, чем с двигателями внутреннего сгорания, и работают практически без вибраций. Поэтому уровень зашумленности существенно снизится. Также будет значительно упрощено техническое обслуживание автомобилей.

Еще ни одна технология получения энергии не давала такую комбинацию преимуществ, какие дает топливный элемент. Вдобавок к минимальным выбросам (или вообще их полному отсутствию) среди преимуществ — высокий КПД и надежность, возможность использования различных видов топлива, гибкость в проектировании и размещении, большая долговечность и износостойкость, простота в обслуживании. Достаточно соединить вместе несколько топливных элементов, чтобы получить необходимые мощность и напряжение.
Все ведущие мировые автопроизводители имеют либо проекты, либо опытные образцы электромобилей на топливных элементах. Некоторые автогиганты начали выпуск и тестирование таких авто мелкими партиями. Отдельные эксперты говорят, что транспортные средства на топливных элементах будет невыгодно производить и эксплуатировать по меньшей мере до 2010 года. Однако невозможно не заметить всех преимуществ водородных элементов и прогресса в их развитии.[

Другие материалы рубрики


  • Многие ученые считают, что единственным масштабным и долговременным решением надвигающейся энергетической проблемы, одновременно удовлетворяющей условиям энергетической эффективности и экологической безопасности, является термоядерный синтез на базе использования лунного изотопа элемента гелия.
    Страна, которая опередит другие в освоении Луны и добычи гелия-3, станет лидером в мировой экономике, считает академик Эрик Галимов.



  • ...В современных ВЭС воплощено множество технических идей, отвечающих последним достижениям науки. Вот далеко не полный перечень уникальных систем и механизмов, обеспечивающих эффективную и безопасную работу ветроэлектростанций: система динамического изменения угла атаки (изменяет угол заклинивания лопастей, удерживая тем самым нужный угол атаки); система динамического регулирования скорости вращения ветроколеса в зависимости от нагрузки и скорости ветра (выбирает оптимальный режим работы); система управления рысканием  — электронный флюгер (поворачивает гондолу с ВЭУ по особому закону с учетом доминирующего направления ветра, его порывов и турбуленции); система оперативного регулирования магнитного скольжения асинхронного генератора (используются усовершенствованные асинхронные генераторы с ротором «беличья клетка»)...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Еще с незапамятных времен люди использовали энергию ветра.
    Первоначально человек научился преобразовывать кинетическую энергию воздушного потока (ветра) в механическую. Появилось огромное разнообразие ветряных мельниц, значительно облегчивших жизнь людей того времени.
    Идея ветрогенератора для выработки электрической энергии с использованием энергии ветра появилась чуть более 100 лет назад.
    Пытливая мысль изобретателей создала огромное разнообразие конструкций ветроустановок:
    — по расположению оси вращения лопастей (горизонтальная, вертикальная, наклоненная);
    — по количеству лопастей (одна, две, три и более);
    — по мощности (от десятков Ватт до нескольких МВатт);
    — по форме лопастей, по конструкции генераторов и т.д.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...В 1949 году О. А. Лаврентьев предложил плазменное решение проблемы синтеза легких ядер в виде электростатической ловушки, однако на тот момент плазма оказалась наименее исследованным состоянием вещества и каждый раз преподносила новые «сюрпризы». Как правило, эти неприятные «подарки» представляли различного рода неустойчивости, приводившие к срыву необходимых режимов работы установок. Осуществление в 1951 году неуправляемой термоядерной реакции в земных условиях в ходе испытательного взрыва водородной бомбы стимулировало проведение исследований, связанных с управляемым термоядерным синтезом (УТС), как источником энергии. Систематические исследования проблемы УТС начались примерно одновременно в Англии, СССР и США в обстановке глубочайшей секретности, так как предполагалось, что их результаты могут найти применение в военных целях. Такие исследования, постепенно приближая решение задачи УТС, привели к развитию целого ряда «побочных» плазменных технологий, которые используются сейчас повсеместно.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Ветры бывают самые разнообразные: это и дующий десятки минут легкий бриз, и глобальные ветра — но все они существуют за счет солнечного нагрева планеты. Важными факторами влияния на атмосферную циркуляцию воздуха являются разность обогрева между экватором и полюсами, а также вращение нашей планеты, называемое эффектом Кориолиса. Сезонные колебания в скорости и направлении ветра являются результатом сезонных изменений из-за относительного наклона оси вращения Земли к Солнцу, которое, в свою очередь, изменяет паттерны разности обогрева. Ежедневные различия в обогреве атмосферы вызваны различным нагревом локальных областей поверхности земли, например, суши и океана. Еще движение воздуха осложняется целым рядом факторов глобального масштаба, таких как вращение Земли, а также сушей, горными хребтами и холмами, растительностью, океанами, морями и озерами. Из-за трения о поверхность земли, растительность и здания скорость ветра возрастает с увеличением высоты над поверхностью земли.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Сначала приведем высказывание российского геофизика Е.П. Борисенкова о прошлом человечества:
    «Причины гибели или упадка некоторых цивилизаций, а также многие неблагоприятные социальные явления в период средневековья так же, как и в древней истории, были связаны с экологией.
    Если мышление человека античности в ряде случаев было настолько эгоистичным, что, несмотря на свои выдающиеся по тому времени научные и естественные познания, он не думал о связи между лесом, водой, почвой и последствиями своей деятельности, то и в период средневековья человечество ушло от этого уровня понимания не очень далеко».

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Если внимательно присмотреться к рынку многофункциональных преобразователей, то даже не смотря на всемирный спад и уменьшение продаж, многие производители не перестают выступать новые инверторы. Отчасти подобное связано с тем, что компании стараются привлечь внимание покупателей, частично из-за применения последних технологий.
    Несмотря на то, что источник бесперебойного питания купить можно в любом магазине, новинки не так быстро достигают конечного потребителя.



  • Многие десятилетия неизменным элементом пейзажа промышленной нефтедобычи являлись грандиозные факелы, в которых сгорал попутный газ — неизбежный спутник нефтедобычи. Громадные шлейфы дыма простирались на десятки и сотни километров и были прекрасно видны даже из космоса. Так было долго и казалось, что так будет всегда. Но все меняется в этом мире, и иногда — в лучшую сторону.

    • Страницы
    • 1
    • 2

  • При минусовой температуре проблемы с запуском двигателя гарантированы. Это знает каждый опытный автомобилист, которому не раз приходилось подолгу просиживать в холодном салоне, пытаясь завести автомобиль. А вот о причинах этих самых проблем думает далеко не каждый водитель. Еще до того, как температура опустится ниже нуля, важно сменить все жидкости в автомобиле на незамерзающие. Это касается моторного масла, охлаждающей жидкости, жидкости в бачке омывателя. Нужно тщательно смазать стартер и прочие системы мотора, от этого также зависит степень прилагаемых для запуска двигателя усилий в сильный мороз.



  • ...Возможность установки ветрогенераторов также зависит от климата, а конкретнее – от средней скорости ветра в данной местности. Трудно спрогнозировать, каковы будут скорость и направление ветра в определенный момент. Но если рассматривать большие временные промежутки, соизмеримые со сроком эксплуатации ветряка, то можно довольно точно сказать, что, например, в течение года в месте его установки будет 4000 часов со скоростью ветра более 4 м/с, что обеспечит гарантированную генерацию, условно говоря, 1000 КВт·ч в год. В частности, у нас средняя скорость ветра составляет около 5 м/с, что вполне пригодно для получения ветровой энергии, так как рекомендуемая скорость ветра для этих целей 4 м/с и более.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3