Зеленая энергия - популярно об экологии, химии, технологиях

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Home Блог Ecoved'a Основные проблемы создания автомобиля с нулевым выбросом

Основные проблемы создания автомобиля с нулевым выбросом

Печать

Почему так долго и упорно пытаются создать ученые тот самый автомобиль, который бы не выбрасывал в окружающую среду вредных веществ?

В этой статье, я попытаюсь изложить основные проблемы, которые стоят перед учеными и инженерами на пути создания так называемых автомобилей с нулевым выбросом.

Существует примерно два общепризнанных направления создания экологичного автомобиля.

Первое направление связано с "водородной энергетикой". Идея заключается в использовании для движения автомобиля химическую энергию водорода вместо углеводородов. При окислении водорода, единственным продуктом оказывается вода.

Проблема №1. Хранение водорода.

Пожалуй одна из самых сложных и обусловлена она фундаментальными причинами. Как известно, водород, это элемент, который находится в самом начале периодической таблицы. Это значит, что это самый легкий элемент. Один моль водорода весит всего 2 грамма! Собственно это и хорошо так как 1 кг водорода при сгорании выделяет огромное количество тепла и плохо, так как плотность газообразного водорода чрезвычайно мала, примерно в 14 раз меньше воздуха.

Низкая температура кипения водорода делает очень сложным систему хранения водорода в жидком состоянии. Как бы не теплоизолировали емкость с жидким водородом, при разности температур более 200 K, неизбежен тепловой перенос излучением, испарение жидкого водорода и его потери. Чем ниже температура кипения газа тем сложнее его перевести в жидкое состояние и тем больше требуется расходов на криогенное оборудование.

Хранение водорода под давлением тоже задача не из легких. Приведу пример, 1 куб метр водорода весит 88 грамм, при норамальных условиях. Т.е. если мы имеем бак объемом 100 литров, то в него поместится 8,8 грамм водорода при нормальных условиях. Т.е. что бы запасти 2 кг водорода, требуется давление в 220 атм. При таких условиях возникает проблемы надежности баллонов, необходимость подборки материалов. Водород обладает неплохой растворимостью в большинстве материалов, естественно при огромной разнице давления водород диффундирует через стенки баллонов, при этом возникают неизбежные потери. Материалы, в которых растворен водород, изменяют свои физические свойства, как правило, увеличивается хрупкость уменьшается прочность. Однако, этот способ пока самый популярный среди  демонстрационных автомобилей.

Использование химической или физической сорбции водорода так же неизбежно сопряжено с проблемами обратимости данного процесса. Сорбенты, часто способны работать ограниченное количество раз. Образование гидридов может быть лимитировано по скорости, по температуре. Для организации сорбции-десорбции требуется дополнительное оборудование. Максимальные результаты достигнутые методом физической или химической сорбции пока не более 5 % по массе от сорбента.

Проблема №2. Преобразование химической энергии водорода в энергию движения автомобиля.


Пока есть только два способа преобразования энергии водорода: это либо использование топливных элементов или двигателя внутреннего сгорания (ДВС) специально адаптированного для водорода.

Существует примерно четыре типа топливных элементов. По ряду причин, для автомобиля подходит только PEM FC. Т.е. топливный элемент с полимерной мембраной. Отличительной его особенностью является тот факт, что он может выдавать ток при температурах близких к нулю по Цельсию, хотя рабочая температура, как правило где-то 60-70 0С. Электроды как правило металические, и обязательно необходимо наличие платины, как катализатора процесса электрохимического окисления водорода и кислорода. Собственно основная проблема это катализатор. В последнее время удается все больше уменьшить количество платины необходимое на 1 ватт мощности топливного элемента. Но как ни крути, возникает фундаментальная проблема неизбежной деградации и отравление катализатора. Воздух содержит довольно много примесей, требуется очень чистый водород и т.д. Пока максимальное время жизни такого топливного элемента составляет 5 000 - 10 000 часов. Увы не так много по сравнению с обычным ДВС. Кроме того в качестве электролита у  мембранного топливного элемента используются водные растворы. Которые уж точно никак замерзать не должны.

Использование ДВС работающего на водороде тоже проблематично. КПД ДВС всегда ниже КПД топливного элемента, по этому, требуется запасать значительно больше водорода. При работе ДВС, неизбежно возникают высокие температуры, что приводит к появлению в выбросах автомобиля кроме воды еще и оксидов азота.

Продолжение следует.

 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить


Интересно знать

Департамент энергетики США отобрал 37 исследовательских проектов в области хранения энергии, энергии биомассы, захвата диоксида углерода и ряда других направлений. Среди них - новые металловоздушные батареи на основе ионных жидкостей с плотностью энергии превышающей в 6-20 раз плотность энергии обычных литиевых аккумуляторов, а так же проект по получению бензина непосредственно из солнечного света и CO2 используя симбиоз двух микроорганизмов.

купить масло мобил 3000 масло мобил 3000 интернет магазин автомасел
 
форсунка склоомивача купить запчасть 6E0955986B Skoda Audi Volkswagen Seat
 
free bitcoin mixier
 
mp3 free download for android