Водородное топливо без иллюзий

02 липень 2010 о 10:46 - 2154

В списке различных альтернативных источников энергии числится и водород. Ему уже достаточно давно предрекают большое будущее, но оно всё никак не может наступить.

Поиски альтернативных источников энергии связаны как с постоянным ростом цен на ископаемые энергоносители, так и по причине экологических проблем. Использование водорода, на первый взгляд, является наиболее оптимальным в этом плане. Во-первых, водород имеет очень высокую энергетическую отдачу и превосходит по топливной ценности как дизель, так и бензин. Во-вторых, основным продуктом сжигания водорода является обычный водяной пар, что в экологическом плане даёт ему ещё одно весомое преимущество. В-третьих, источником получения водорода может служить обычная вода, из которой получают этот газ посредством её разложения через электролиз.

Водород может применяться в качестве непосредственного топлива для двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Но есть и другой способ, когда водород сжигается для получения электроэнергии с помощью топливных элементов. Таким образом, второй вариант представляет собой водородный электромобиль. Как и в случае с электромобилями, уже имеются гибридные машины, способные ездить как на бензине, так и на водороде. По идее конструкторов, такой тип автомобилей может обеспечить плавный переход от бензина к водороду во всём мире. Правда, наличие водородного топлива приводит к сокращению объёма багажника или увеличению габаритов машин. Проблемой остаётся и небольшой запас хода водородных машин по сравнению с бензиновыми. Хотя британские конструкторы нашли из этого своеобразный выход. Запас хода их машины (модель RUC) составляет 300 км. Поскольку высокая загазованность и пробки являются большой проблемой именно для мегаполисов, то эта двухместная малолитражка весом 340 кг и не впечатля­ющей максимальной скоростью 80 км/ч прекрасно подходит для городского цикла.      

Однако нужно признать, что практическое применение водорода в качестве топлива имеет такие трудности, которые ставят под вопрос перспективы развития этого альтернативного направления. Если тот же биодизель постепенно расширяет свои позиции, то такого быстрого развития водородного топлива пока не наблюдается. И тому есть несколько причин.

Высокая энергетическая эффективность водорода одновременно является и его недостатком. Водород очень легко воспламеняется от высокой температуры, поэтому обычные ДВС для его использования малопригодны. Помимо этого, создаваемая им температура в камере сгорания приводит к тому, что он начинает вступать в реакцию с элементами двигателя, смазкой и т.д., что негативно сказывается на долговечности узлов и механизмов.

У водорода есть ещё одна проблема. Разложение воды на кислород и водород весьма энергозатратный процесс, а используемые для этого платиновые катализаторы очень дороги. Если для разложения воды сжигать ископаемое топливо, то экологичность водорода превратится в пустой звук. В перспективе получение водорода возможно через фотолиз воды, как это делают растения с по­мощью ферментов. Но практическое воплощение этого ещё не достигнуто. Хотя именно биологические методы получения водорода имеют наибольший шанс на развитие. Таковым, например, является переработка биомассы с помощью бактерий. Ещё одним способом получения водорода является использование солнечной энергии. В таком случае его производство будет относительно экологичным, хотя стоимость его будет всё равно оставаться высокой.

Однако экологичные способы получения водородного топлива ещё не говорят об экологичности его использования. Трудно сказать, каким будет воздействие на климат планеты, если сотни миллионов автомобилей во всём мире начнут массово выбрасывать в атмосферу водяной пар. Но даже без этого фактора можно сказать, что абсолютная экологичность водорода в качестве топлива является, мягко говоря, преувеличением. Причиной этому служит его пресловутая энергетическая эффективность. Поскольку в камеру сгорания двигателя поступает обычный воздух, который почти на 80% состоит из азота, то при сгорании водорода образуются опасные оксиды азота, способные вызывать кислотные дожди. С учётом высоких экологических требований, в развитых странах используется обеднённая водородно-воздушная смесь, чтобы снизить количество вредных азотных соединений. Но в таком случае мощность двигателя падает в 1,5-2 раза. Кроме того, так называемые роторные двигатели, которые используются для работы на водороде, имеют большой расход масла. В результате они отличаются повышенным выбросом угарного газа.

Как и в случае с электромобилями, дело усложняет развитие соответствующей инфраструктуры: заправки, СТО и т.д. Но по сравнению с теми же электромобилями, работа этой инфраструктуры имеет больше технических сложностей. Например, серьёзную проблему представляет высокая взрыво­опасность водорода. Это требует дорогостоящего оборудования для его хранения и заправки. Это, в свою очередь, сказывается на привлекательности для потенциальных пользователей. Ведь водород нельзя, как бензин, залить в канистру, а потом в бак. В баллоны его закачивают под давлением в 350 атм. Хотя ряд специалистов отмечают, что водород в плане безопасности имеет и свои преимущества. Например, при пробоине бака бензин растекается по поверхности, чем создаёт опасность возгорания, в то время как водород улетучивается вверх.  

Пока практическое применение водорода в чистом виде в личном и коммунальном автомобильном транспорте очень ограничено. Согласно исследованиям, проведённым в Технологическом университете штата Массачусетс, эксплуатация автомобилей на водороде в настоящее время обойдётся почти в 100 раз дороже, чем бензиновых или дизельных. Понятно, что широкое развитие водородной индустрии может значительно удешевить использование водородного топлива, но описанные выше сложности вряд ли смогут сделать его конкурентоспособным для использования в автомобильном транспорте.  

Но нельзя сказать, что водородное топливо не имеет никаких перспектив. Учёным не даёт покоя высокий топливный потенциал водорода. По данным Американской лаборатории по во­зобновляемой энергетике, 1 кг этого газа по энергетической ценности соответствует более чем 3,5 л бензина. Вероятно, водородное топливо займёт какую-то свою нишу. Скорее всего, это будут крупные производства и мощные транспортные средства. Японских и немецких инженеров заинтересовала перспектива использования водородных топливных элементов в железнодорожном транспорте. В 2004 году в Японии был испытан опытный образец такого поезда. Имеются перспективы применения этого газа и в морском транспорте. Уже сейчас получают распространение различные смеси водорода с другими видами горючего, что позволяет сократить расход топлива, увеличить мощность, снизить выбросы парниковых газов. Таковой является смесь природного газа с водородом. С этой же целью уже начато использование в мощной горнодобывающей технике дизельно-водородной смеси.      

Ситуация с использованием водорода который раз подтверждает факт того, что какой-то одной панацеи для решения энергетической проблемы не существует. Очевидным является комплексный подход. Тем более не стоит обольщаться тем, что новые, на первый взгляд более экологичные технологии смогут решить экологическую проблему. Повторюсь в который раз, что без ограничения потребления массовое распространение новых технологий не принесёт никакого улучшения для экологического здоровья нашей планеты.

Отзывы на статью можно прислать на ecologist@ukr.net

Алексей Бурковский

Поділитися: