Проблемы мешающие широкому использованию водорода в качестве топлива для автомобилей

Биогаз

Биогаз — газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы. Метановое разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид — бактерии гидролизные, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида. Одной из разновидностей биогаза является биоводород, где конечным продуктом жизнедеятельности бактерий является не метан, а водород.

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.

Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.

Volvo и Scania производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна. По прогнозам Швейцарской Ассоциации Газовой Индустрии к 2010 году 10 % автотранспорта Швейцарии будет работать на биогазе.

 

Муниципалитет Осло в начале 2009 года перевёл на биогаз 80 городских автобусов. Стоимость биогаза составляет ?0,4 — ?0,5 за литр в бензиновом эквиваленте. При успешном завершении испытаний на биогаз будут переведены 400 автобусов.

 

2.Водород и водородосодержащее топливо.

Водород может использоваться в качестве топлива в обычном двигателе внутреннего сгорания. В этом случае снижается мощность двигателя до 82 %-65 % в сравнении с бензином. Если внести изменения в систему управления двигателем, мощность увеличивается до 117 % в сравнении с бензиновым аналогом, но тогда значительно [источник не указан 794 дня] увеличится выход окислов азота из-за более высокой температуры в камере сгорания и возрастает вероятность подгорания клапанов и поршней при длительной работе на большой мощности[4]. Кроме того, водород при температурах и давлениях, которые создаются в двигателе, способен вступать в реакцию с материалами двигателя и смазкой, приводя к более быстрому износу. Обычный ДВС для работы на водороде не подходит, так как водород легко воспламеняется от высокой температуры выпускного коллектора. Обычно для работы на водороде используется роторный двигатель, так как в нём выпускной коллектор значительно удалён от впускного.

Водород – самый легкий и распространенный элемент химический элемент. На Земле встречается в газообразной форме (Н2), и в составе воды (Н2О), углеводородов и многих других соединений.

Существуют различные промышленные установки по получению водорода.

Кроме того применяются различные способы получения водорода непосредственно на борту автомобиля в химических генераторах путем вытеснения из воды магнием и его сплавами

(автомобильные топливные элементы).

Хранят водород как газообразном виде под давлением, так и в жидком состоянии.

Кроме того разрабатываются аккумуляторы, в которых водород хранится в микропористых структурах на основе микросфер или капилляров

- небезопасность применения, эксплуатации и хранения

- водород обладает очень высокой способностью к воспламенению и весьма взрывоопасен 

- водород диффундирует даже через металлы (проникает сквозь поры металлических элементов конструкций)

 

· Смесь водорода с воздухом — взрывчатое вещество. Водород более опасен, чем бензин, так как горит в смеси с воздухом в более широком диапазоне концентраций. Бензин не горит при лямбда менее 0,5 и более 2, водород при таких соотношениях горит великолепно. Но водород, хранящийся в баках при высоком давлении, в случае пробоя бака очень быстро испаряется. Для транспорта разрабатываются специальные безопасные системы хранения водорода — баки с несколькими стенками, из специальных материалов и т. д. К примеру бак из нанотрубок, заполненных водородом.

· Водородная силовая установка на базе традиционного ДВС значительно сложнее и дороже в обслуживании, чем обычный ДВС. По данным Массачусетского технологического института, эксплуатация водородного автомобиля на данном этапе развития водородных технологий обходится в сотню раз дороже, чем бензинового. Возможно в будущем стоимость эксплуатации уменьшится.

· Пока нет достаточного опыта эксплуатации водородного транспорта.

· Нет возможности быстрой дозаправки в пути из канистры или от другого автомобиля (как и у автомобилей на природном газе).

· Для заправки водородом требуется построить сеть заправочных станций. Для заправочных станций, заправляющих автомобили жидким водородом стоимость оборудования больше, чем для бензиновых заправочных станций. (Согласно GM, строительство 12 тысяч водородных заправочных станций в 2005 году оценивалось в $12 млрд, то есть $1 млн на одну заправочную станцию[38], в то время как комплект оборудования для бензиновых заправочных станций стоит от $40 тыс., в среднем $100-200 тыс.[39]) .

· Цена 8 евро за литр(300 руб)[40]

· Летучесть водорода самая высокая среди газов, таким образом, водород трудно сохранить в жидком виде, это затрудняет хранение водорода, транспортировку, и использование в баке. Так как топливо испарится из бака полностью за короткое время. За девять дней испаряется полбака топлива BMW Hydrogen[40]

· В настоящий момент водород производится либо путём расхода значительного количества электроэнергии[41] , либо из углеводородов. В первом случае используется та же электроэнергия, которая может производиться на тепловых, атомных и других электростанциях. К сожалению альтернативными источниками производится довольно небольшое количество энергии[1] , и её не хватит на развитие транспорта. Во втором случае имеем использование тех же видов топлива и выделение CO², а также требуется очистка от соединений серы и других примесей, которые в случае применения топливных элементов значительно сокращают срок их службы. Некоторые[кто?] считают, что природный газ будет гораздо более перспективен и экологичен.

 

Ведь теплота сгорания 1 кг H2 составляет (по низшему пределу) 120 МДж/кг, в то время как теплота сгорания бензина или лучшего углеводородного авиационного топлива – 46 – 50 МДж/кг, т.е. в 2,5 раза меньше 1 т водорода соответствует по своему энергетическому эквиваленту 4,1 тут, к тому же водород – легковозобновляемое топливо.