Водород: главный соперник литиевых батарей на рынке коммерческого транспорта.

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Представьте себе электромобиль. Быстрая зарядка, бесшумный ход, никаких выхлопов — казалось бы, идеальное решение. Но что делать, если речь идёт о многотонном грузовике, которому нужно проехать сотни километров, или о корабле, пересекающем океан? Огромные батареи для такого транспорта весят тонны, занимают слишком много места и заряжаются целую вечность. Именно здесь на сцену выходит водород, который предлагает совершенно иной путь к электрическому будущему.

Как работает «вечная батарейка»?

В основе этой технологии лежит водородный топливный элемент. По своей сути, это не аккумулятор, который нужно заряжать, а электрохимический генератор, который вырабатывает электричество, пока получает топливо. Его работа основана на простом и элегантном принципе: он берёт водород из бака и кислород из воздуха, соединяет их и в результате производит электричество, воду и тепло.

Топливный элемент состоит из двух электродов (анода и катода), разделённых электролитом. На анод подаётся водород, который под действием катализатора распадается на протоны (положительно заряженные ионы) и электроны. Протоны проходят через специальную мембрану, а электроны вынуждены двигаться по внешней цепи, создавая электрический ток, который и питает двигатель. В конце пути, на катоде, протоны и электроны соединяются с кислородом из воздуха, образуя единственно возможный «выхлоп» — чистую воду.

При этомводородный двигатель расходует воздух для своей работы гораздо эффективнее, чем двигатель внутреннего сгорания (ДВС). ДВС использует воздух для горения топлива, а водородный — для окисления.

ДВС использует воздух для взрывного сгорания, а топливный элемент — для контролируемого электрохимического окисления, которое напрямую способствует выработке электроэнергии.

Для производства одной и той же энергии водорода требуется в разы меньше, чем бензина, что делает его более эффективным.

Таким образом, грузовик на водороде не «заряжается», а «заправляется». Пока в баке есть водород, топливный элемент будет вырабатывать ток.

Схема топливного элемента с электролитом с протонной проводимостью
Схема топливного элемента с электролитом с протонной проводимостью
Автор: Д. Ильин: translation, optimization. Fil Источник: ru.wikipedia.org

Главные преимущества водорода

Почему же эта технология так интересна для тяжёлого транспорта?

  • Дальность хода. Водород — очень лёгкий и энергоёмкий газ. Его удельная энергия (количество энергии на единицу веса) в три раза выше, чем у бензина, и в 100 раз выше, чем у самых передовых литий-ионных батарей. Его легко хранить в баке под давлением, и он позволяет транспорту проезжать гораздо большие расстояния, чем на батареях, с аналогичным весом топливной системы. Например, прототипы водородных грузовиков уже демонстрируют пробег более 1000 км на одной заправке.
  • Скорость заправки. Заправка водородом занимает всего несколько минут, что критически важно для коммерческого транспорта, где каждая минута простоя — это убыток. Этот процесс по скорости сопоставим с заправкой дизельного топлива и значительно превосходит даже самые быстрые зарядные станции для электромобилей.
  • Вес. Для перевозки тяжёлых грузов каждый килограмм на счету. Водородная установка вместе с баками значительно легче огромных батарей, которые нужны для обеспечения того же пробега. Например, для пробега в 800 км батареи грузовика могут весить до 8 тонн, тогда как водородная система будет весить гораздо меньше.

Проблемы на пути к чистому будущему

Несмотря на все преимущества, у водорода есть свои сложности, которые нужно решить, прежде чем он станет повсеместным.

  • Инфраструктура. На сегодняшний день в мире очень мало водородных заправочных станций. Создание целой сети требует колоссальных инвестиций, так как станции для заправки водородом значительно сложнее и дороже, чем электрические.
  • Производство. Сам по себе водород не «грязный», но его производство часто связано с использованием ископаемого топлива. Около 95% всего водорода сегодня производится из природного газа, и такой водород называют «серым». Переход на «зелёный» водород, который получают с помощью возобновляемой энергии, пока довольно дорог, и технологии его производства только начинают масштабироваться.
  • Эффективность. Энергетическая цепочка от производства электричества до получения водорода, его хранения и последующего преобразования в ток в машине, менее эффективна, чем прямой заряд батареи. В этом цикле происходит больше потерь. Поэтому водород пока уступает батареям в легковом сегменте, где вес и объём не так критичны.

Примеры из реального мира: кто уже использует водород?

Технология водородного транспорта уже перешла из стадии концептов в реальные проекты. Несколько крупных компаний активно внедряют её:

  • Hyundai XCIENT Fuel Cell: Один из самых известных водородных грузовиков, который уже успешно эксплуатируется в Европе, США и других регионах.
  • Mercedes-Benz Citaro: Городские автобусы на водородных топливных элементах, которые уже прошли испытания и используются на маршрутах в некоторых европейских городах.
  • Nikola Tre FCEV: Американский стартап Nikola начал мелкосерийное производство своих тягачей, предлагающих большой запас хода для логистических компаний.
  • Toyota и PACCAR: Эти гиганты объединили усилия для разработки собственных водородных тягачей. Тестовые экземпляры уже на дорогах, и в ближайшие годы ожидаются первые коммерческие поставки.

В конечном итоге, водород и батареи — это не конкуренты, а скорее партнёры. Батареи, скорее всего, останутся в легковых автомобилях и городском транспорте, где важны компактность и простота зарядки. А водородные технологии имеют все шансы стать основным выбором для тяжёлого транспорта, где решающее значение имеют дальность хода и скорость заправки. Будущее транспорта, вероятно, будет разнообразным, и водород в нём займёт своё важное место.

Изображение в превью:
Автор: htwo.hyundai.com
Источник: www.htwo.hyundai.com

7 комментариев

Добавить комментарий

B
«ДВС использует воздух для горения топлива, а водородный — для окисления.» вообще то это одно и тоже.
dimon-ru-80
«ДВС использует воздух для горения топлива, а водородный — для окисления.» вообще то это одно и тоже.

Вы правы, с химической точки зрения горение — это и есть окисление. Но в статье термины использовались, чтобы подчеркнуть разницу: ДВС использует воздух для взрывного сгорания, а топливный элемент — для контролируемого электрохимического окисления, которое напрямую способствует выработке электроэнергии.
B
Я не спорю, просто указал место которое «режет глаз» и по которому сразу возник вопрос т.к. термины противопоставляются без пояснений и могут ввести в заблуждение.
Цель-то как раз вполне понятна.
B
Стало интересно — посмотрел, разобрался — беру свои слова назад. Да, основной признак горения — выделение большого количества тепла, как я понял. И там присутствует окисление, да. Хорошую фразу нашел: «…окисление может происходить и без горения. Всякое горение — это окисление, но не всякое окисление — это горение.»
dimon-ru-80
Стало интересно — посмотрел, разобрался — беру свои слова назад. Да, основной признак горения — выделение большого количества тепла, как я понял. И там присутствует окисление, да. Хорошую фразу нашел: «…окисление может происходить и без горения. Всякое горение — это окисление, но не всякое окисление — это горение.»

Вот и отлично, как говориться: «В споре рождается истина». Добавил в статью небольшое пояснение, чтоб не резало глаз.
v
А где грузовик с КДПВ?
dimon-ru-80
А где грузовик с КДПВ?

У него водород закончился ))

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему блины рвутся при переворачивании: главная ошибка — слишком горячая сковорода

Блины рвутся не из-за плохой сковородки. Всё дело в физике: если температура выше 200 °C, крахмал не успевает схватиться. Вот как испечь ровные блины.

Карта древних дождей выдала точные районы, где на Марсе могла зародиться жизнь

В 2018 году автоматическая лаборатория марсохода Curiosity провела анализ образцов древней спрессованной глины на дне кратера Гейл. Возраст этих отложений, сформировавшихся на дне глубокого озера,...

Люди с мозгом больше нашего: редкие черепа из Китая впервые показали, как выглядели древние денисовцы

На протяжении полутора десятилетий в науке об эволюции человека существовало серьезное противоречие между данными генетики и классической антропологии. В 2010 году генетики расшифровали ДНК из...

Почему на массовом советском кассовом аппарате «ОКА 4401» не было нуля на клавиатуре

Сейчас розничная торговля плотно так завязана на сеть «Интернет», без него Вам и коробку молока в супермаркете у дома не продадут. Кассы в магазинах все электронные (по сути это ПК), а даже бабушки...

Почему люди снова покупают кнопочные телефоны, хотя привыкли к смартфонам

Современный смартфон хранит билеты, помогает оплачивать покупки, прокладывает маршруты и заменяет фотоаппарат. Казалось бы, кнопочным телефонам давно пора исчезнуть. Однако их продолжают...