Водород как основное и дополнительное топливо для двигателей внутреннего сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный машиностроительный университет «МАМИ» (университет машиностроения)

Кафедра «Транспортные газотурбинные двигатели»

ТЕМА РЕФЕРАТА

«Водород как основное и дополнительное топливо для ДВС»

Выполнил: студент гр. 5-АГТн-2

Фокин В.А.

Научный руководитель: Кузнецов В.В.

Москва, 2014

Водородное топливо - шаг в будущее

«Водород - топливо ближайшего будущего» - именно под таким девизом проходит внедрение двигателей внутреннего сгорания потребляющего H₂ в автотранспорт и другую промышленность. Уже давно водородное топливо занимает лидирующую позицию среди прочих альтернативных источников энергии, благодаря многим своим уникальным свойствам: экологичность, больший коэффициент полезного действия по сравнению с бензиновым и дизельным топливом.

«Если водород обладает такими чудесными характеристиками» - воскликните Вы,- «Почему же его практически не используют на автотранспорте?».

Причина здесь одна, а именно: человечеству очень трудно отказаться от такого привычного, пусть и все время дорожающего топлива, как бензин. Правительства и автопроизводители многих ведущих стран мира постоянно удлиняют сроки перевода транспортного производства на водородное топливо, объясняя свою позицию тем, что установки для массового получения водорода в промышленных объемах появятся только к 2020-2030 годам этого века.

Возможно, американские и европейские аналитики правы в своих подсчетах, но в истории имеются доказательства экстренного перевода большого автопарка на водород в течение 10 -12 дней! Об этом и многих других фактах, мы расскажем в следующем разделе.

История двигателей внутреннего сгорания на водороде

Начнём наше историческое исследование с того, что использование водорода в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания началось ещё в 19 веке. Правда сказать точно, кто первым запустил ДВС, применив электролиз воды, не представляется возможным. Архивы упоминают некоего французского изобретателя Франсуа Исаака де Риваз, который разработал первый в мире двигатель внутреннего сгорания в 1806 году потребляющий водородное топливо. Естественно, об использовании бензина тогда не могло быть и речи.

Необходимую электрическую энергию для работы ДВС Франсуа Исаак де Риваз получал методом электролиза воды. При этом процессе выделялась энергия и выхлопные газы в виде водяного пара и некоторого количества азота. Трудно сказать насколько востребованным было изобретение француза в начале 19 века, однако именно ему приписывают первенство в использовании водорода, как топлива.

Но заставить с помощью энергии водорода двигаться самоходный экипаж (прототип автомобиля) смог в 1959 году бельгийский изобретатель Жан Жозеф Этьен Ленуар. Первый ДВС использовал в качестве топлива, как водород, так и светильный газ.

Возможно, водород так бы и прижился в качестве основного топлива для автотранспорта, но в 1870 году стали использовать бензин в ДВС. Постепенно первые эксперименты с водородным топливом были забыты. Человечество стало привыкать к бензиновым выхлопам.

Вспомнить о водороде, как топливе для ДВС пришлось только в конце 1941 года, в блокадном Ленинграде. Военный техник Б.И. Шелищ обратился к командованию с предложением: использовать для заправки автомобилей блокадного города отработанный водородный газ. Командование посчитало предложение Б.И. Шелища ценной разработкой, и разрешило начать опыты.

Совершенно ясно, что в блокадном Ленинграде не хватало бензина для работы автопарка грузовиков. Необходим был альтернативный источник топлива. Водород? Но где взять его в таком количестве, чтобы заправить 400-600 автомобилей? Стоит напомнить, что блокадный Ленинград защищался от налетов вражеской авиации не только зенитными орудиями, но и заградительными аэростатами, которые парили в небе, наполненные водородом, мешая вести прицельную бомбардировку города. Эти воздушные защитники управлялись с земли с помощью аэростатных лебёдок установленных на грузовиках ГАЗ. Естественно, работали лебёдки от ДВС автомобиля.

Водородные шары постепенно теряли высоту и спускались на землю. Именно они стали источником необходимого городу и транспорту топлива. За короткое время (на переоборудование ДВС 200 машин небольшой группе техников потребовалось около недели) были переоборудованы 600 грузовиков ГАЗ на водородное топливо.

После войны, когда запасы бросового водорода истощились об изобретении и успешной эксплуатации ДВС на этом виде топлива благополучно забыли.

Но время шло, и грянул исторический, в первую очередь для человеческого сознания, энергетический кризис 1970-х годов. Люди впервые поняли необходимость альтернативных источников энергии и многие автопромышленные компании стали на путь инновационных разработок. Бывали случаи, кстати, в бывшем СССР, когда на водородное топливо переводили весь автопарк предприятия. Так, например, Украинский Институт Проблем Машиностроения переоборудовал весь свой автомобильный актив на водородный ДВС и благополучно справлялся с топливными кризисами.

Но и этот эксперимент ожидало забвение: после распада союза об успешных опытах забыли.

Современные водородные автомобили находятся в стадии проектирования. Точнее сказать опытные модели уже есть, но выпускать серийно их никто пока не собирается. Почему? Причина ясна: инфраструктура заправок автотранспорта водородом развита ещё хуже, чем зарядных станций для электромобилей. Виной всему, конечно, сложность и дороговизна получения водорода в промышленных масштабах. Электролиз воды, по сути, единственный приемлемый метод выработки водорода, но и он стоит недёшево.

Теперь понятно, почему автокомпании не спешат переходить на водород. Они будто замерли в ожидании чуда: нового, более дешевого и простого способа получения водорода, больших финансовых вливаний в инфраструктуру водородных заправок и т.д.

Что ж, будем и мы верить в чудо и ждать новых решений от нанотехнологий, а пока узнаем о преимуществах и недостатках водородного топлива для ДВС.

Преимущества и недостатки водородных ДВС

автомобиль двигатель сгорание водород

Преимущества водородных ДВС.

Главным и неоспоримым преимуществом автомобилей на водородном топливе является высокая их экологичность. Так и запишем:

Экологичность водородного топлива. Продуктом горения водорода является вода, точнее водяной пар. Это, естественно, не означает, что при езде на таком автотранспорте не будет выделяться токсичных газов, ведь в ДВС помимо водорода сгорают ещё и различные масла. Однако количество выбросов их несравнимо с чадящими бензиновыми коллегами. Собственно, ухудшающееся состояние экологии - это проблема человечества, и если количество бензиновых «монстров» будет расти такими темпами, то водородное топливо, как когда-то, в войну, станет единственным спасением теперь уже не города, а всего человечества.

ДВС на водороде может использовать и классические виды топлива, такие как бензин. Для этого придётся устанавливать на автомобиль дополнительный топливный бак. Такой гибрид гораздо легче «продвинуть» на рынок, чем чистый водородный ДВС.

Бесшумность.

Простота конструкции и отсутствие дорогостоящих, ненадёжных и опасных систем топливоподачи, охлаждения и т.д.

Коэффициент полезного действия электродвигателя работающего на водородном топливе в несколько раз выше, чем у классического двигателя внутреннего сгорания.

Недостатки автомобилей на водородном топливе следующие:

Большой вес автомобиля. Для работы электродвигателя на водородном топливе необходимы мощные аккумуляторные батареи и водородные преобразователи тока, которые в общей конструкции весят не мало, да и габариты у них внушительные.

Дороговизна водородных топливных элементов.

При использовании водорода с традиционным топливом велика опасность взрыва и возгорания.

Несовершенные технологии хранения водородного топлива. То есть, ученые и разработчики до сих пор не решат, какой сплав использовать для баков хранения водорода.

Не разработаны необходимые стандарты хранения, транспортировки, применения водородного топлива.

Полное отсутствие водородной инфраструктуры заправок автомобилей.

Сложный и дорогой способ получений водорода в промышленных масштабах.

Прочитав о достоинствах и недостатках водородного топлива можно сделать вывод, что в свете ухудшающийся экологии, альтернативный источник энергии водород станет единственным продуктивным решением проблемы. Но, если обратится к недостаткам, то становится ясным, почему, до сих пор, серийный выпуск водородных автомобилей откладывается на неопределённый срок.

Производители автомобилей на водородном топливе.

В этом разделе статьи мы приведем список мировых производителей, которые испытывают и выпускают автомобили на водородном топливе:

Honda - выпускает модель Honda FCX;

Ford Motor Company -- испытывает концепт Focus FCV;

Toyota -- выпускает модель Toyota Highlander FCHV;

Daimler AG -- выпускает модель Mercedes-Benz A-Class;

Hyundai -- выпускает модель Tucson FCEV;

General Motors.

Перспективы развития водородного топлива

И всё-таки водород это единственная приемлемая и экологическая чистая энергия, у которой огромное будущее. Человечеству и его самой прогрессивной части ученым осталось только найти источник или способ добычи водорода в промышленных масштабах, разработать всю необходимую инфраструктуру, привести в порядок инструкции по эксплуатации водородного топлива и можно навсегда забыть об нефтяных вышках, выхлопных газах и прочих «прелестях» бензиновой зависимости.

Размещено на Allbest.ru