Двигатель-гибрид: водородно-электрические секреты. 1 кг топлива на 100 км

Водородный генератор для автомобиля

Процесс электролиза в автомобильном электролизере осуществляется с использованием специального катализатора. При работе прибора происходит выделение оксигидрогена (газ Брауна), имеющего формулу ННО. Далее газ через систему подачи воздуха двигателя попадает в его камеру сжигания, где смешивается с топливом и сгорает. В результате повышается октановое число топливо-воздушной смеси, что способствует более полному сгоранию топлива.

Устройство современных электролизеров

Генератор газа Брауна включает в себя:

• собственно электролизер;
• емкость для циркуляции.

Весь процесс получения газа контролируется:

• модулятором тока;
• оптимизатором, контролирующим соотношение газа Брауна и топливно-воздушной смеси.

Виды катализаторов

Существует несколько видов катализаторов, среди которых различают:

• Цилиндрические – их конструкция мало чем отличается от конструкции простейшего водородного генератора и его вполне возможно изготовить самостоятельно. Отличаются небольшой производительностью (до 0,7 л газа в минуту) и примитивной схемой управления.
• С раздельными ячейками – самая эффективная конструкция с производительностью свыше 2 л газа в минуту. Отличается высоким КПД и устанавливается на автомобили с непрерывным режимом работы.
• С открытыми пластинами (сухие) – производительностью до 2,1 л газа в минуту. Конструкция обеспечивает дополнительное охлаждение устройства в тяжелых условиях эксплуатации.

Все процессы, происходящие в водородном генераторе, осуществляются в автоматическом режиме и функционируют в соответствии со специальной программой, вшитой в компьютерную систему управления автомобилем.

Преимущества

Использование современных электролизеров в автомобиле позволяет:

• экономить до 50% горючего;
• уменьшить токсичность выхлопа;
• снизить температуру мотора;
• повысить тягу и мощность силового агрегата;
• увеличить срок эксплуатации двигателя.

Принцип работы водородного генератора

Выгодно ли получать водород в домашних условиях

Ответ на данный вопрос зависит от сферы применения кислородно-водородной смеси. Все чертежи и схемы, публикуемые различными интернет-ресурсами, рассчитаны на выделение газа HHO для следующих целей:

• использовать hydrogen в качестве топлива для автомобилей;
• бездымно сжигать водород в отопительных котлах и печах;
• применять для газосварочных работ.

Главная проблема, перечеркивающая все преимущества водородного топлива: затраты электричества на выделение чистого вещества превышают количество энергии, получаемое от его сжигания. Что бы ни утверждали приверженцы утопичных теорий, максимальный КПД электролизера достигает 50%. Это значит, что на 1 кВт полученной теплоты затрачивается 2 кВт электроэнергии. Выгода – нулевая, даже отрицательная.

Теперь рассмотрим гремучий газ, полученный электролизом в самодельном водородном генераторе, как топливо для вышеперечисленных нужд:

1. Конечная цена установки, низкая производительность и КПД делает крайне невыгодным сжигание водорода для отопления частного дома. Чем «наматывать» счетчик электролизером, проще поставить любой из электрокотлов – ТЭНовый, индукционный либо электродный.
2. Чтобы заменить 1 л бензина для автомобиля, потребуется 4766 литров чистого водорода или 7150 л гремучего газа, треть которого составляет кислород. Самый завравшийся изобретатель в интернете еще не сделал электролизер, способный обеспечить подобную производительность.
3. Газосварочный аппарат, сжигающий hydrogen, компактнее и легче баллонов с ацетиленом, пропаном и кислородом. Плюс температура пламени до 3000 °С позволяет работать с любыми металлами, стоимость получения горючего здесь особой роли не играет.

Плюсы и минусы водородной установки для автомобиля

Расскажу про плюсы и минусы топлива, которым заправляют водородный автомобиль.

Недостатки водородного топлива:

• Нет эффективного способа добычи газа, к тому же производство загрязняет окружающую среду.
• Для создания сети водородных заправок требуются внушительные средства (около 2 млн. долл. на одну среднюю заправку). Поэтому очень сложно найти заправки, их практически нет.
• Высокая стоимость автомобиля.
• Передвигаться можно лишь в тех местах, где имеются заправки.
• Стоимость заправки будет стоить столько же, как и бензин. В этом смысле электрокар гораздо выгоднее.
• Водородный автомобиль тяжёлый из-за сложной конструкции: много топливных ячеек, аккумулятор, электропреобразователь, большие баллоны для водорода, где давление целых 700 атм. В электромобиле всё проще – требуется только место под большой АКБ.

Плюсы водородного топлива:

• Нет вредных выбросов в атмосферу.
• Водородные двигатели практически не шумят.
• Быстрая заправка – менее 5 минут.
• Есть большой потенциал для развития.
• Водород даёт в 3 раза больше энергии, чем бензин.
• Высокий крутящий момент при начале движения.
• Водорода очень много на планете – 1% от массы Земли. При сгорании он просто превращается в воду, поэтому – это неиссякаемый источник энергии по сравнению с другим ископаемым топливом.
• Водород безопаснее бензина, он воспламеняется в 15 раз меньше. Но если на водород попадёт искра, то он моментально воспламенится.
• Хороший запас хода водородного авто – 400-1000 км.

Модель с двумя фильтрами

Электродами служат небольшие квадратные листы, вырезанные из оцинкованной стали или, лучше, из нержавейки марки 03Х16Н15М3 (AISI 316L). Обычная сталь будет очень быстро «съедена» электрохимической коррозией.

Прорезав ножом отверстие в стенке контейнера, нужно установить на нем два фильтра грубой очистки – подойдут «грязевики» (второе название – косой фильтр) или фильтры от стиральных машин.

Далее контейнер при помощи болтов фиксируют на металлическом основании, после чего к нему присоединяют обратный клапан.

Следом устанавливаются плата толщиной 2,3 мм и барботажная трубка.

Завершается создание электролизера установкой форсунки с затвором, расположенным со стороны платы.

Сколько стоит килограмм водорода

Средняя себестоимость 1 кг водорода, в зависимости от технологии его получения, по данным лаборатории INEEL, следующая:

• Химическая реакция — 700 рублей при стандартном методе восстановления реагента и 320 — при использовании энергии АЭС.
• Электролиз от промышленной сети — 420 рублей. Данные справедливы для «фирменных», сбалансированных электролизеров. У кустарного изделия показатели заведомо ниже.
• Производство из биомассы — 350 рублей.
• Конверсия углеводородов — 200 рублей.
• Высокотемпературный электролиз на АЭС — 130 рублей.

Из этих цифр видно, что дешевле всего производить водород на атомных электростанциях, где важный ресурс — высокая температура, является побочным продуктом основного производства. Водородная энергетика от возобновляемых источников также себя не окупает в связи с высокой стоимостью оборудования. А что же водородное отопление дома на основе компактной установки? Нужно понимать, что закон сохранения энергии обойти невозможно. Для того, чтобы выделить Н2 в электролизере, придётся затратить определённое количество электрической энергии. Чтобы её получить, на ТЭЦ сожгли ископаемое топливо либо энергию выработала ГЭС. Затем электричество передали по проводам. На всех стадиях процесса происходят неизбежные потери и полученное в конце количество потенциальной тепловой энергии будет априори ниже, чем вначале.

2 Конструкция газогенератора

Лучше всего собирать устройство для получения газа Брауна своими руками по схеме, которую называют классической. Здесь электролизер состоит из нескольких ячеек. В каждой из них находятся контактные пластины. Производительность установки определяется площадью поверхности электродов.

Ячейки следует поместить в хорошо изолированный корпус с заранее подключенными патрубками для водоснабжения и отведения водорода. Кроме того, на емкость должен иметься разъем для подключения электрической энергии.

Также нужно будет установить водяной затвор и обратный клапан. Они предотвратят поступление газа Брауна назад в резервуар. По такой съеме можно собрать гидролизер как для отопления дома, так и для автомобиля.

Особенности водородного генератора

Чистый водород выделяется в ходе разнообразных химических реакций, но такой способ его добычи является довольно сложным, а зачастую и слишком дорогим.

Исключение составляют технологические процессы, при которых газ образуется как побочный продукт, но такое его производство имеет пока мизерные объемы.

Гораздо проще выделять водород из воды, пропуская через нее электрический ток – этот процесс и называют электролизом. Сначала молекула Н2О распадается на атом водорода Н и гидроксогруппу ОН, затем происходит окончательное разделение кислорода и водорода.

Первый, имея отрицательный заряд, устремляется к аноду, второй – к катоду. Элементы накапливаются в виде пузырьков, которые, достигнув определенного размера, отрываются от электрода и всплывают. Далее кислород и водород без всякого разделения (эта смесь получила название «газа Брауна») поступают в горелку, где в процессе сжигания снова превращаются в воду. Чтобы подача готового продукта происходила без затруднений, водородные генераторы часто оборудуют воздушным дренажом.

Очевидно, что производительность установки будет возрастать с увеличением площади контакта между водой и электродами. По этой причине последние выполняют в виде пластин. Они собираются в конструкции, напоминающие стальные ребристые радиаторы отопления.

Скорость выделения водорода зависит и от материала электродов.

Вместо меди или нержавеющей стали в современных «продвинутых» генераторах применяют особые сплавы, которые стоят достаточно дорого.

Еще одно условие – вода должна пропускать ток. Отметим, что в дистиллированном виде она является диэлектриком. Проводником электричества эту жидкость делают ионы, на которые распадаются растворенные в ней вещества, в первую очередь соли. Чем более крутым является раствор, тем лучше он будет пропускать ток.

С увеличением размеров электрода уменьшается мощность выделения тепла при пропускании через него электрического тока. Это очень важный момент, поскольку при нагреве свыше 65 градусов пластины интенсивно покрываются налетом, который придется постоянно счищать.

Область применения

Сегодня электролизёр — такое же привычное устройство, как и генератор ацетилена или плазменный резак. Изначально водородные генераторы использовались сварщиками, поскольку носить за собой установку весом всего несколько килограмм было намного проще, чем перемещать огромные кислородные и ацетиленовые баллоны. При этом высокая энергоёмкость агрегатов решающего значения не имела — всё определяло удобство и практичность. В последние годы применение газа Брауна вышло за рамки привычных понятий о водороде, как топливе для газосварочных аппаратов. В перспективе возможности технологии очень широки, поскольку использование HHO имеет массу достоинств.

• Сокращение расхода горючего на автотранспорте. Существующие автомобильные генераторы водорода позволяют использовать HHO как добавку к традиционному бензину, дизелю или газу. За счёт более полного сгорания топливной смеси можно добиться 20 – 25 % снижения потребления углеводородов.
• Экономия топлива на тепловых электростанциях, использующих газ, уголь или мазут.
• Снижение токсичности и повышение эффективности старых котельных.
• Многократное снижение стоимости отопления жилых домов за счёт полной или частичной замены традиционных видов топлива газом Брауна.
• Использование портативных установок получения HHO для бытовых нужд — приготовления пищи, получения тёплой воды и т. д.
• Разработка принципиально новых, мощных и экологичных силовых установок.

Генератор водорода, построенный с использованием «Технологии водяных топливных ячеек» С. Мейера (а именно так назывался его трактат) можно купить — их изготовлением занимается множество компаний в США, Китае, Болгарии и других странах. Мы же предлагаем изготовить водородный генератор самостоятельно.

Система отопления водородом

Общая работа конструкций для отопления дома водородом представляет процесс разложения воды на составляющие молекулы. Вырабатываемый при этом кислород уходит в атмосферу, а оставшийся водород выделяет необходимое тепло. Синтезирование проходит с помощью воды, металла и электричества в специальном изготовленном для таких целей водородном генераторе.

Принцип работы такого устройства знаком всем из школьного курса физики. В котел устанавливаются металлические пластины, по которым проходит электрический ток. В результате побочным продуктом электролиза получается выделение газовой смеси. Далее смесь проходит через сепаратор, где происходит отделение водорода от водяного пара. Полученный теплоноситель проходит через горелку, тем самым обеспечивая подачу тепла. Генератор оснащен тонко улавливающими датчиками, что предотвращает возможность взрыва и регулирует контроль воды в устройстве.

Главные водородные концепты современности

Познакомимся поближе с самыми популярными автомобилями на водороде:

• Toyota Mirai — самая распространенная модель водородомобиля. Преимущественный рынок сбыта — Соединенные Штаты, но также продается в Японии, Канаде и европейских странах. Автомашину продают за $58 000 + покупатель получает от автокомпании сертификат на $15 000 для заправки водородом, действующий 3 года. Устройство — классическое для водородомобиля. Чтобы обеспечить машине ровный ход, производитель обеспечил ее аккумуляторной батареей.

Toyota Mirai

• Honda Clarity. Машину можно приобрести в лизинг за $379 в месяц и также получить депозит на заправку в течение 3-х лет на $15 000. Для водородного «топлива» — бак на 141 л. Мощность авто — 174 л/с. На одной заправке можно проехать, по результатам разных тестов, 480-750 км.

• Hyundai Nexo. Корейский водородный кроссовер, оборудованный тремя баками — в багажнике, под капотом и в задней зоне корпуса. Мощность машины — 163 л/с, запас хода — 595 км. До 100 км/ч водородомобиль способен разогнаться за 9,5 сек. Испытания подтвердили, что машина отлично работает при похолодании до -6° С. Гарантированный срок эксплуатации модели — 160 тыс. км или 10 лет использования. В реальности же ресурс машины составляет до 240 тыс. км.

• Mercedes-Benz GLC F-Cell. Особенность этого автомобиля на водороде в том, что это некий гибрид, при необходимости его можно подзарядить и от электросети. Водитель может выбрать комфортный для себя режим следования: ускоренный заряд автомашины на ходу, использование лишь заряда батареи, работа только на водороде с сохранением заряда аккумулятора и поступление энергии одновременно и от батареи, и от топливных элементов. Обновленная модель может похвастаться мощностью 211 л/с (первоначально — 197 л/с). На 4,4 кг водородного топлива машина проедет 430 км, а при заряде от электророзетки — 50 км.

• BMW X5 i Hydrogen Next. Для основы была взята стандартная серийная платформа, электродвигатель может питаться и от батареи, и от топливных элементов. Мощность немецкой разработки — 170 л/с.

Особенности гибридных конструкций

Характеристики, которыми обладает водородное топливо, активно использовались многими конструкторами с целью создания уникального гидродвигателя внутреннего сгорания. Например, разработанный В.С. Кащеевым метод – это принципиально иная установка, имеющая не только традиционный подающий воздух впускной клапан и выпускное устройство отвода выхлопных газов, но и отдельный клапанный механизм подачи водорода, а также свечу зажигания в головке блоков цилиндров.

Несмотря на некоторые принципиальные отличия, механизм работы остаётся неизменным, поэтому любые гибридные силовые агрегаты принято считать переходной стадией от применения дизеля и бензина к использованию водородного топлива. Благодаря высоким показателям КПД, лёгкое химическое вещество вводится в состав топливно-воздушных смесей, что значительно повышает степень сжатия, а также снижает токсичность выхлопов. Кроме этого, взаимодействие кислорода с водородом сопровождается выделением достаточного количества энергии, которая нужна автомобильным электродвигателям.

Газогенераторы и отопление: основные мифы

О газогенераторных установках тиражируется немало мифов. В-основном, речь идет об их эффективности в составе автономной системы отопления. Рассмотрим популярные высказывания, которые можно встретить в Интернете.

Миф 1. «КПД газогенератора значительно выше, чем КПД твердотопливного котла, и достигает 95%».

Начнем с того, что данные виды оборудования используются для различных целей:

• газогенераторная установка вырабатывает горючий газ, и ее КПД – это соотношение реально получаемого продукта из определенного объема топлива и теоретически возможного, умноженное на 100%;
• отопительный котел вырабатывает тепловую энергию, и его КПД — это соотношение реально получаемого тепла при сгорании определенного объема топлива и теоретически возможного, умноженное на 100%.

Таким образом, сопоставлять КПД газогенератора и отопительного котла в корне неверно. Кроме того, КПД самодельной газогенераторной установки редко превышает 80%, поэтому цифры в 90-95% можно считать мифом.

Сравнивать можно КПД пиролизного и обычного твердотопливного котла – в этом случае преимущество на стороне пиролизного, поскольку сжигание горючих газов во вторичной камере сгорания заметно повышает эффективность использования топлива.

Миф 2. «Газогенераторная установка успешно работает на сырых дровах».

Функционировать агрегат способен даже при использовании сырых дров, но его производительность при этом резко падает, поскольку значительная часть тепловой энергии тратится на испарение влаги, содержащейся в дровах. Снижение температуры в камере сгорания приводит к замедлению пиролиза, и негативно сказывается на реальной мощности установки.

Миф 3. «Газогенератор выгоднее использовать для отопления дома, нежели твердотопливный котел».

Конструкция газогенераторной установки сложнее, чем твердотопливного котла, в том числе пиролизного, кроме того, она занимает больше места, поскольку в ее состав входит контур охлаждения. Монтировать более сложный и дорогостоящий агрегат для того, чтобы сжигать полученный горючий газ, нет никакого смысла.

Таким образом, газогенератор своими руками изготавливают в двух случаях – для установки на автомобиль и при необходимости иметь под рукой источник энергоносителя (горючего газа), тепловую энергию которого можно преобразовать в электрический ток.

Плюсы и минусы водородных двигателей

К преимуществам можно отнести следующее:

1. Экологическая чистота. Если водородные «движки» будут
   использоваться повсеместно, экология сможет вздохнуть свободнее. Парниковый
   эффект точно будет заметно уменьшен. Сотрудники компании Тойота доказали,
   что выхлопы автомобилей с водородными моторами безопасны для здоровья.
2. Доступность.
   Фактор дефицита точно будет отсутствовать, так как водород можно получить
   даже из сточной воды.
3. Возможность применения в разных типах моторов. Водородное
   топливо может использоваться как в ДВС, так и в моторах, вырабатывающих
   электрический ток.

Баллон со сжатым водородом

К достоинствам водородных силовых агрегатов
также относят:

• Небольшой
  уровень шума.
• Увеличенную
  мощность.
• Значительный
  запас хода.
• Небольшой
  расход топлива.
• Простоту обслуживания.

А теперь о недостатках водородных двигателей:

1. Сложность получения водорода в чистом виде. Для
   его извлечения необходимо затратить много энергии. Сейчас такое
   производство нерентабельно.
2. Дефицит
   АЗС. Если сравнивать с АЗС, в которых продается обычное топливо, оснащение
   станций для заправки машин водородным топливом будет стоить очень дорого.
   Из-за этого на строительство водородных АЗС никто не решается.
3. Необходимость модернизации ДВС. Чтобы применять Н2 как
   основное топливо, придется внести некоторые изменения в конструкцию ДВС.
   Без изменений мощность мотора может упасть на 25%. Кроме того, механизм не
   будет служить долго.

Машины с водородными «движками» будут пожароопасными и тяжёлыми (из-за веса АКБ).

Автомобили на водороде сегодня называют «машинами
будущего», которые не станут наносить вред окружающей среде. И пусть пока такие
авто дороговаты и встречаются редко, со временем их цена обязательно упадет, а
популярность вырастет.

1 Преимущества и недостатки

Топливом водородных котлов отопления, как можно догадаться из названия, выступает водород, который вырабатывается в специальном устройстве из дистиллированной воды. Водород — самый легкий газ, он не имеет ни цвета, ни запаха, не токсичен и не выделяет вредных веществ (единственное, что выделяется в воздух — безвредный водяной пар). Его использование в качестве топлива имеет несколько достоинств:

• высокая теплоотдача (более 120 МДж/кг);
• безопасность;
• легкодоступное сырье (вода).

Водородные котлы безопасны, экологичны, обладают высоким КПД и работают совершенно бесшумно. Однако устройства имеют и свои недостатки:

• необходимость использования катализатора;
• недостаток специалистов по установке и обслуживанию;
• небольшой рынок устройств и их деталей (в России).

Рекомендации по эксплуатации

Водородные генераторы для частного дома при потреблении электроэнергии 0,3 кВт/ ч вырабатывают до 27 кВт. Эффективность устройств находится на уровне с самыми продвинутыми и дорогостоящими системами отопления.

Асинхронный генератор

Приобретать водородные генераторы для частного дома следует с учетом отапливаемой площади. Для отопления больших площадей необходимо приобретать более мощные агрегаты. При недостаточной выработке газа добиться высокого КПД системы невозможно.

При эксплуатации генератора всегда необходимо соблюдать требования безопасности.

При решении купить заводской водородный генератор, необходимо выбрать котел с оптимальными техническими характеристиками (мощность, тип схемы отопления и др.). Слишком завышенные характеристики отрицательно сказываются на экономической эффективности, т.к. в этом случае увеличивается расход электроэнергии. После покупки и установки своими руками, устройство необходимо проверить специалистам.

Неисправные водородные генераторы, неквалифицированный монтаж могут стать причиной взрыва в здании, т. к. водород не имеет запаха, и его утечку определить практически невозможно.

Водородный генератор

Электролизер – один из самых распространенных водородных генераторов.

Описание и принцип работы

В общем случае водородный генератор представляет собой набор металлических пластин, погруженных в дистиллированную воду. Конструкция заключена в герметичный корпус с клеммами для подключения источника электропитания и штуцером для вывода газа.

Теоретически работу водородного генератора можно представить следующим образом: между разнополярными пластинами (анод, катод), погруженными в дистиллированную воду, проходит электрический ток. При этом вода расщепляется на кислород и водород. Чем больше площадь пластин, тем больший ток проходит по воде и тем большее количество газов выделяется. Пластины подключаются поочередно (+-+- и т. д).

Область применения

В связи с тем, что сам процесс электролиза связан с использованием большого количества электроэнергии, промышленное применение электролизеров существенно ограничено. Экономически выгоднее использовать для получения водорода химические способы.

В настоящее время водородные генераторы применяют для:

• газосварки и газорезки водородом в условиях ювелирных мастерских;
• снижения токсичности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и повышения их КПД (коэффициент полезного действия);
• повышения КПД и снижению токсичности жидкотопливных котлов.

Устройство

Немногочисленные промышленные электролизеры, которые используют для получения водорода и кислорода, изготавливают в виде стационарных установок. Электроды в них включаются биполярно, причем их количество зависит от способа включения в сеть (трансформаторное или бестрансформаторное).

Конструкции малогабаритных водородных генераторов, которые выпускаются как отечественными, так и зарубежными компаниями и используются для повышения КПД ДВС и других целей, отличаются большим разнообразием. Кроме того существует огромное количество конструкций, изготовленных своими руками. В сети Интернет о них можно найти достаточно много информации.

Учитывая, что конструкция электролизера отличается простотой и его нетрудно изготовить собственноручно, рассмотрим конструкции нескольких подобных устройств:

1. Простейший электролизер.
2. Водородный генератор для автомобиля.

Двигатель на водородном топливе

Есть две перспективы. Первая (краткосрочная) — необходимо добиться большей эффективности использования нефтетоплива, долгосрочная — решением может стать переключение транспортных средств с бензиновых/дизельных двигателей на электрические топливные элементы (электрохимические генераторы), работающие на водороде, которые никогда не разряжаются. Бесшумные, не загрязняющие окружающую среду, это одни из самых экологически чистых источников энергии, когда-либо разработанных. Разберёмся, как они работают.

Есть два способа заставить современный автомобиль двигаться:

1. Использовать двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В процессе сжигания нефотетоплива вырабатывается тепло, благодаря чему транспортное средство может ехать.
2. Электромобили работают совершенно по-другому. Там используются аккумуляторы, которые подают электроэнергию на электродвигатели, напрямую приводящие в движение колеса.

Есть гибридные автомобили, сочетающие оба варианта, водитель может переключатся между ними в соответствии с условиями вождения. Устройство водородного двигателя — нечто среднее между ДВС и аккумулятором. Он вырабатывает энергию, используя топливо из бака (газообразный водород под давлением, а не бензин или дизель). Процесса сжигания нет, H2 химически соединяется с кислородом из воздуха, образуя воду. Высвобождаемое электричество используется для питания электродвигателя. Никаких выхлопных газов.

Что происходит внутри

В основе принципа действия водородного двигателя лежит электрохимическая реакция. Состав топливного элемента — это три основные части:

• положительно (желтая) и отрицательно (сиреневая) заряженные клеммы;
• электролит (серый).

Электричество возникает следующим образом:

1. Газообразный H2 из резервуара подаётся к положительному полюсу. Поскольку вещество взрывоопасно, бак должен быть чрезвычайно прочным.
2. Кислород из воздуха (голубые капли) идёт по второй трубке.
3. Положительная клемма металлическая (платина или палладий). Достигая катализатора, атомы H2 распадаются на ионы и электроны.
4. Положительно заряженные протоны притягиваются к отрицательному полюсу, двигаясь к нему через электролит. Последний представляет собой тонкую полимерную мембрану.
5. Электроны проходят через внешнюю цепь.
6. Приходит в действие электродвигатель, заставляющий колёса автомобиля двигаться.
7. На отрицательной клемме протоны и электроны рекомбинируют с кислородом путём химической реакции, которая производит воду.
8. Выхлоп — водяной пар.

Процесс будет продолжаться до тех пор, пока есть запасы H2 и O2. Поскольку воздух всегда доступен, единственный ограничивающий фактор — количество водорода H2 в баке.

Принцип работы

Принцип работы водородных двигателей стоит рассмотреть применительно к двум видам таких установок:

1. Моторы внутреннего сгорания;
2. Двигатели на водородных элементах.

Водородные моторы внутреннего сгорания

В ДВС из-за того, что горение бензиновой смеси осуществляется медленнее, топливо попадает в камеру сгорания раньше достижения поршнем своей верхней точки.

В водородном двигателе, благодаря мгновенному воспламенению газа, удается сместить время впрыска до момента, пока поршень начнет возвратное движение. При этом для нормальной работы мотора достаточно небольшого давления в топливной системе (до 4-х атмосфер).

В оптимальных условиях водородный мотор способен работать с питающей системой закрытого вида. Это значит, что в процессе образования смеси атмосферный воздух не применяется.

После завершения такта сжатия в цилиндре остается пар, который направляется в радиатор, конденсируется и становится водой.

Реализация варианта возможна в случае, если на машине смонтирован электролизер — устройство, обеспечивающее отделение водорода от H₂O для последующей реакции с O₂.

Воплотить в реальность описанную систему пока не удается, ведь для нормальной работы двигателя и снижения силы трения применяется масло.

Последнее испаряется и является частью отработавших газов. Так что применение атмосферного воздуха при работе водородного двигателя пока необходимо.

Двигатели на водородных элементах

Принцип действия таких устройств построен на протекании химических реакций. Кожух элемента имеет мембрану (проводит только протоны) и электродную камеру (в ней находится катод и анод).

В анодную секцию подается H₂, а в катодную камеру — O₂. На электроды наносится специальное напыление, выполняющее функцию катализатора (как правило, платина).

Под действием каталитического вещества происходит потеря водородом электронов. Далее протоны подводятся через мембрану к катоду, и под влиянием катализатора формируется вода.

Из анодной камеры электроны выходят в электрическую цепь, подключенную к мотору. Так формируется ток для питания двигателя.

Корпус генератора водорода

Корпус генератора водорода

Электроды для сбора газа необходимо поместить внутрь контейнера с герметично изолированными разъемами, крышкой и другими соединениями. Контейнер изначально должен быть пищевым и стойким к высоким температурам.

Если контейнер металлический, электроды следует закрепить на пластиковой основе для предотвращения короткого замыкания. Два разъема можно установить с двух сторон медных и латунных фитингов, которые применяются для извлечения газа. Фитинги и контактные разъемы прочно крепятся с применением силиконового герметика, чтобы закрытый контейнер получился совершенно герметичным.

Устройство и подробный принцип работы

Аппараты для производства гремучего газа, в целях безопасности, не предполагают его накопление, то есть газовая смесь сжигается сразу после получения. Это несколько упрощает конструкцию. В предыдущем разделе мы рассмотрели основные критерии, влияющие на производительность аппарата и накладывающие определенные требования к исполнению.

Принцип работы устройства демонстрирует рисунок 4, источник постоянного напряжения подключен к погруженным в раствор электролита электродам. В результате через него начинает проходить ток, напряжение которого выше точки разложения молекул воды.

Рисунок 4. Конструкция простого электролизера

В результате этого электрохимического процесса катод выделяет водород, а анод – кислород, в соотношении 2 к 1.

Есть ли будущее у автомобилей на водородном топливе

В настоящее время имеется множество препятствий для того, чтобы перевести большую часть автомобилей на водородное топливо:

Высокая цена водорода. Примерная цена 9 долларов на 100 км пробега. Гибридный автомобиль (Toyota Prius) проедет те же сто км за 2,8 долларов, а Tesla Model S – за 3 бакса. А снижение цены на водород до уровня цен на бензин не прогнозируют даже сами производители автомобилей. Поэтому здесь не получится никакой экономии как при покупке транспорта, так и при заправках.

Производство водорода — вредно для экологии. Сейчас водород производится при помощи паровой конверсии метана, либо частичного окисления. После производства чистого водорода в атмосферу оксид углерода (углекислый газ, CO₂), против которого борются многие страны при помощи альтернативных источников энергии для автомобилей. Поэтому здесь получается замкнутый круг.

Отсутствие развития водородных заправок. Для открытия средней водородной заправочной станции требуется не очень большие средства. Все станции можно пересчитать по пальцам, поэтому на водородном автомобиле далеко не уедешь. Придётся осуществлять поездки только в тех местах, где имеются эти самые водородные станции.

Высокая цена на водородные автомобили. Цена на Toyota Mirai на данный момент составляет от 58 тыс. долларов, а на самом деле его продают почти по себестоимости. Из-за таких цен многие не спешат с покупкой таких автомобилей.

Отсутствие преимуществ перед электрокарами. Запас хода, цена заправки, безопасность, мощность и разгон – везде выигрывают электрические автомобили по сравнению с водородными машинами. Единственный плюс у водородных авто – это очень быстрая заправка – 3-5 минут, тогда как электромобили заправляются за 30 минут и более. В любом случае можно в электрокарах можно быстро поменять батарею и через пару минут ехать на «полном баке». Да и когда изобретут более быстрый метод заправок электрических автомобилей, то водородные авто отойдут на 2 план.

Для чего тогда автоконцерны производят и разрабатывают автомобили? Во-первых, это вложение, вдруг через несколько лет именно эта технология окажется наиболее перспективной. Во-вторых, между фирмами идёт соперничество. В-третьих, в некоторых штатах законодательство так поменялось, что сделать водородное авто в 5 раз выгоднее, чем электрокар, плюс государство даёт постоянные гранты и вливания на развитие заправок. Если появится большое количество заводов по производству водорода, то цена автомобилей и водорода будет более интересная.

Видео: Автогиганты бьют по ТЕСЛА: ВОДОРОДНЫЕ автомобили будущего!

Водородный автомобиль – это авто будущего, к переходу на которые могут перейти в недалёком будущем. Сейчас самый популярный авто на водороде – это Toyota Mirai, стоимость которого сравнима с ценой электрокаров. Обеспечивается работа автомобилей при помощи специальных топливных ячеек или элементов, число которых достигает несколько сотен.

Если бы цена на газ была меньше, а заправок было бы больше, то авто с водородными двигателями получили бы не меньшую популярность, чем электромобили. Посмотрим, что покажет будущее.

Сделай репост и информация будет всегда под рукой

Немного о доверчивости и наивности

Некоторые предприимчивые дельцы предлагают на продажу водородный генератор на авто. Рассказывают про обработку лазером поверхности электродов или про уникальные секретные сплавы, из которых они сделаны, специальные катализаторы воды, разработанные в научных лабораториях мира.

Всё зависит от способности мысли таких предпринимателей к полёту научной фантазии. Доверчивость может сделать вас за ваши же средства (иногда даже не малые) владельцем установки, у которой через два месяца эксплуатации разрушатся контактные пластины.

Если уж вы решили таким способом экономить, то лучше собирать установку самостоятельно. По крайней мере, не на кого потом будет пенять.