МИРОВОЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ВОДОРОДНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА НА АВТОТРАНСПОРТЕ

WORLD EXPERIENCE IN THE USE OF HYDROGEN FUEL CELLS IN ROAD TRANSPORT

Ilnar Fatykhov

Student, Department of Chemistry and Hydrogen Energy, Kazan State Power Engineering University,

Russia, Kazan, Republic of Tatarstan

Andrey Chichirov

Academic advisor, Doctor of Chemistry Kazan State Power Engineering University,

Russia, Kazan, Republic of Tatarstan,

АННОТАЦИЯ

В статье показана перспективна научных исследований в области использования водородсодержащего топлива.

ABSTRACT

The article shows the prospects of scientific research in the use of hydrogen-containing fuel.

Ключевые слова: топливные элементы, водородная энергетика, автомобильный транспорт.

Key words: fuel cells, hydrogen energy, automobile transport.

Водород – это наиболее перспективный энергоноситель имеющейся энергосистемы. Данное мнение сложилось благодаря преимуществам водорода, таким как высокая энергонасыщенность, неограниченность ресурсов, технологическая гибкость и экологическая чистота процессов преобразования энергии с участием водорода. Глобальная водородная заявка является одним из перспективных направлений развития российской экономики и энергетики, с которым предстоит выйти на новый уровень научных разработок и установить наиболее выигрышные для нашей страны с технической и экономической точки зрения условия использования водородного топлива. [1]

Возможность массового применения водородного топлива, позволяет резко снизить количество токсичных выбросов в атмосферу, что конечно положительно скажется на экологической ситуации как в России, так и в мировом масштабе. Одним из аспектов массового использования водорода – это упор на развитие автотранспорта, работающего на водороде. В данной статье рассмотрены двигатели, работающие на водородном топливе, и на бензино-водородной смеси.

Водород используется в топливных элементах, установленных на электромобилях, при этом он подается со стороны анода, а кислород подается со стороны катода. В следствии протекания электрохимической реакции возникает электрический ток, который используется в электромобилях. Продуктом реакции являются вода в виде пара или жидкости, но при этом необходимо подавать чистый водород без примесей азота воздуха. Эти требования, конечно, усложняют конструкцию и приводят к дополнительным затратам. Недостатками является высокая стоимость топливных элементов.

Наиболее перспективным для применения водородного топлива в энергетических установках транспортных и технологических средств является частичная добавка водорода к традиционному топливу, дозволяющая совершить процесс перехода к массовому использованию водорода плавно и без капитальных изменений существующих конструкций ДВС. Также это значительно сократит потребление привычного топлива при создании бензино-водородной смеси. [2]

Водородный генератор для автомобиля состоит из нескольких несложных элементов, соединённых в одно целое: установки для электролиза воды, накопительного резервуара, улавливателя влаги из газа, электронного блока управления. Далее приведена схема установки водородного генератора (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема установки водородного генератора

На данный момент водородный генератор для автомобиля может быть укомплектован тремя различными по типу работы электролизёрами: цилиндрического типа, с ячейками раздельного типа, электролизёр с пластинами открытого типа. [3] Первый тип конструкции вполне достаточен для массы карбюраторных двигателей, т.к. отсутствует необходимость в установке сложной электронной схемы регулятора производительности газа, как и сама сборка такого электролизёра не представляет сложности. Для наиболее мощных автомобилей предпочтительна сборка второго типа, а для двигателей, работающих на дизельном топливе, используют третий тип. В этой смеси бензина и HHO (Рисунок 1) сгорание происходит более эффективно, что существенно улучшает производительность двигателя и экономит топливо до 50%. Также повышается мощность двигателя. Благодаря наличию в смеси необходимого водорода, он становится бесценным источником отличного катализатора для автомобильного топлива.

Констатируем следующие особенности исследования. Водородную систему можно активировать при вождении, потребляя электричество от аккумулятора автомобиля для генерирования водорода из воды. [5] Водород не будет накапливаться: полученный ННО-газ будет подаваться в двигатель, где смешивается с бензином, дизелем. Это видно на схеме (рисунок 2).

Рисунок 2. Производство экологически чистого водородного генератора для автотранспорта на основе зеленых технологий

Смесь из традиционного топлива и HHO-газа горит более результативно, снижая расход горючего и количество выпускаемых в воздух загрязняющих веществ. Эта водородная технология позволяет снизить расход топлива на 20 - 50%, увеличить мощность и обеспечить значительное снижение выбросов NOx, CO, CO2.

Таким образом существующий опыт применения водородных топливных элементов, а так же перспективы дальнейшего развития данного технического направления позволяют утверждать, что в будущем доля автомобильного транспорта, передвигающегося с использованием энергоустановок на водородных топливных элементах, будет значимо увеличиваться, понемногу вытесняя автотранспорт с двигателями внутреннего сгорания на жидком, а так же на газообразном топливе, в регионах с повышенными экологическими требованиями, целиком заменяя его.

Список литературы:

1. А.А. Филимонова, А.А. Чичиров, Н.Д. Чичирова, А.Г. Филимонов, А.В. Печенкин, перспективы развития водородной энергетики в Татарстане – Казанский государственный энергетический университет 2020 г.
2. Красников, В. В. Перспективы применения водородного топлива в энергетических установках транспортных средств / В. В. Красников, Н. С. Вахрина // Наземные транспортнотехнологические средства: проектирование, производство, эксплуатация : Материалы I Всероссийской заочной научно-практической конференции, Чита, 25–28 октября 2016 года / Ответственный редактор С.П. Озорнин. – Чита: Забайкальский государственный университет, 2016. – С. 62-67
3. Беляев С.В. и др. Возможности использования водорода на автотранспорте: Новые материалы и технологии в машиностроении. Сб. науч. Трудов. Вып. 21- Брянск: БГИТА, 2015 – с. 75-79.
4. Мировой опыт применения водородных топливных элементов в автомобильном транспорте / Ф. А. Шайхатдинов, В. А. Бобровский, Д. Р. Шафиев [и др.] // Химическая промышленность сегодня. – 2021. – № 1. – С. 16-21.
5. Уралов Д.С., Тулепбергенов К.А. Патент №1524 НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ. Водородный генератор. Выдан Министерством Юстиции Республики Казахстан от 16.06.2016 г
6. Филимонова А.А., Чичиров А.А., Чичирова Н.Д и др. Современные направления развития водородных энергетических технологий // Надежность и безопасность энергетики. 2019. Т.12.№2. С. 89-96.