От самолети до коли: Как работят водородните превозни средства 

Ето и предимствата, и недостатъците, както и технологията, с която работят този вид по-екологични превозни средства

Идва ли времето за водородните превозни средства? Как работят? Колко екологични са те? Това са важни въпроси назряващи в последно време. 

Водородните превозни средства включват коли, самолети, влакове, автобуси и ракети. 

Към 2021 г. има два водородни автомобила, които са публично достъпни: Toyota Mirai (2014–). Това е първото в света масово произвеждано електрическо превозно средство, задвижвано с горивни клетки (FCEV). Те са пуснати в продажба главно в Лос Анджелис, Калифорния, но има и избрани пазари в Европа - Великобритания, Дания и Германия. Автомобилът има пробег от 502 км и отнема около пет минути, за да се напълни целият резервоар с водород. Първоначалната продажна цена в Япония беше около 69 000 долара. Към края на 2019 г. Toyota е продала над 10 000 Mirai. През 2013 г. BMW взе на лизинг водородната технология от Toyota. 

Предимства и недостатъци

Предимство на водородната технология е дълъг пробег на превозното средство само с едно зареждане с гориво. Зареждането на един автомобил с водород отнема между 3 и 5 минути средно, също толкова, колкото и нормален автомобил на дизел и бензин. Водородните автомобили не отделят въглеродни емисии. 

Снимка: iStock

Пробегът на един зареден догоре с водород автомобил е приблизително около 450- 480 км. Тук обаче не трябва да се имат предвид най-новите прототипи като HUV на френската компания NAMX, които използват капсули като вторични резервоари.

Недостатък е, че когато водородът се произвежда от природен газ, то тогава въглеродните емисии са доста високи. Недостатък е и необходимостта от изграждане на инфраструктура за зареждане с гориво по целия свят. 

Снимка: iStock

Водородните коли се задвижват от електричество, което обаче се произвежда от горивна клетка, в която водородът се окислява, създавайки енергия, топлина и вода. 

Електричеството, което горивната клетка генерира, се изпраща най-често към батерия с пикова мощност, която съхранява енергията. Размерите на батерията са значително по-малки, отколкото при типичните електромобили и също така тя тежи много по-малко, тъй като се зарежда постоянно от горивната клетка.

Водородни самолети

Компании като Boeing, Lange Aviation и German Aerospace Center все повече обмислят идеята за самолети с водород като гориво. 

През февруари 2008 г. Boeing тества полет с екипаж на малък самолет, задвижван от водородна горивна клетка. Тествани са и водородни самолети без екипаж. Тогава за големите пътнически самолети The Times цитира съобщение на Boeing, в което се посочва, че е малко вероятно водородните горивни клетки да захранват двигателите на големи пътнически реактивни самолети, но могат да се използват като резервни или спомагателни захранващи агрегати на борда“. 

Снимка: iStock

През юли 2010 г. Boeing представи своя задвижван с водород UAV Phantom Eye. Той има два двигателя с вътрешно горене на Ford, които са преобразувани да работят с водород. 

Във Великобритания пък беше предложено Reaction Engines A2 да използва термодинамичните свойства на течния водород за постигане на много висока скорост на дълги разстояния (антиподален) полет чрез изгарянето му в предварително охладен реактивен двигател.

Безопасен ли е водородът

Водородното гориво е опасно поради ниската енергия на запалване и високата енергия на изгаряне на водорода, както и защото има тенденция лесно да изтича от резервоарите. Има и доста съобщения за експлозии на станции за зареждане с водород. Водородните бензиностанции обикновено получават доставки на водород с камиони от доставчици на водород. 

Резервоарите на колите се изграждат масово от карбонови влакна, като в тях се вграждат и сензори за удар, които да спират потока от газ, ако се усети нещо нередно. Самият газ е по-лек от въздуха и дори да се случи нещо, бързо се издига нагоре и се разсейва в атмосферата.

Автобуси, трамваи и влакове 

Автобусите с горивни клетки са изпробвани от няколко производителя на различни места, например Ursus Lublin. Solaris Bus & Coach представи своите водородни електрически автобуси Urbino 12 през 2019 г. От този модел са поръчани няколко десетки автобуса.  През 2022 г. Монпелие , Франция, анулира договор за доставка на 51 автобуса, задвижвани от водородни горивни клетки, когато установи, че „цената за експлоатация на водородни автобуси е шест пъти цената на електроенергията“. 

Снимка: iStock

Първият трамвай в света, задвижван с водородни горивни клетки е демонстриран от компанията China South Rail Corporation (CSR) през 2015 г. Писти за новият вид превозно средство са построени в седем китайски града. 

Снимка: iStock

В Северна Германия през 2018 г. бяха пуснати в експлоатация първите влакове Coradia iLint, задвижвани с горивни клетки. 

Велосипеди на водород

През 2007 г. Pearl Hydrogen Power Source Technology Co от Шанхай, Китай, демонстрира първия водороден велосипед PHB . Седем години по-късно австралийски учени от Университета на Нов Южен Уелс представиха своя модел Hy-Cycle.

Pragma Industries от Франция разработи велосипед през 2017 г., който може да измине 100 км с една водородна бутилка. 

Военни превозни средства, задвижвани с водород

Военното подразделение на General Motors GM Defense се фокусира върху разработването на превозни средства с водородни горивни клетки. Неговият SURUS (Silent Utility Rover Universal Superstructure) е гъвкава електрическа платформа с горивни клетки с автономни възможности. От април 2017 г. американската армия тества търговския Chevrolet Colorado ZH2 в своите бази в САЩ, за да определи жизнеспособността на превозни средства, задвижвани с водород, в тактическа среда на военни мисии. 

Ракети с течен водород

Много големи ракети използват течен водород като гориво, с течен кислород като окислител (LH2/LOX). Предимството на водородното ракетно гориво е високата ефективна скорост на изгорелите газове в сравнение с двигателите с керосин или UDMH. Освен това енергийната плътност на водорода е по-голяма от всяко друго гориво. LH2/LOX също дава най-голяма ефективност по отношение на количеството изразходвано гориво от всяко известно ракетно гориво. 

Недостатък на двигателите с LH2/LOX е ниската плътност и ниската температура на течния водород, което означава, че са необходими по-големи и изолирани, и следователно по-тежки резервоари за гориво. Това увеличава структурната маса на ракетата, което намалява значително делта-v. Друг недостатък е лошото съхранение на ракетите, задвижвани с LH2/LOX заради постоянното изпаряване на водорода, ракетата трябва да бъде заредена с гориво малко преди изстрелването, което прави криогенните двигатели неподходящи за междуконтинентални балистични ракети и други ракетни приложения с необходимостта от кратки подготовки за изстрелване.

Какво представлява водородът 

Водородът не съществува в удобни резервоари или находища като изкопаеми горива или хелий. Произвежда се от суровини като природен газ и биомаса, или се електролизира от вода. Предполагаема полза от широкомащабното внедряване на водородни превозни средства е, че може да доведе до намаляване на емисиите на парникови газове и прекурсори на озон. От 2014 г. обаче 95% от водорода се произвежда от метан. Водородът може да се произвежда чрез термохимични или пиролитични средства, като се използват възобновяеми суровини, но това е скъп процес. Възобновяемото електричество обаче може да се използва за задвижване на преобразуването на водата във водород.

Автор: Ирина Евгениева