XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение. Продуктом горения водорода является водяной пар, что служит важным экологическим стимулом перехода на водородное топливо. Водородное топливо менее взрывоопасно по сравнению с природным газом. Японская компания Toyota анонсировала массовые продажи своего автомобиля с водородным двигателем Toyota Mirai еще в 2015 году [1]. В Германии уже в штатном режиме курсирует пригородный поезд на водороде, производства Alstom, ожидается строительство еще 27 подвижных составов [2].

Были разработаны и выпущены в широкое потребление два типа двигателя, работающих на водородном топливе: 1) аналогичный ДВС, где вместо бензина используется водород; 2) двигатель в основе которого лежит применение водородных топливных элементов (далее – ТЭ). Топливные элементы (электрохимические генераторы) вырабатывают электроэнергию при взаимодействии водорода с кислородом.

В России приняты меры по развитию водородного транспорта. Так существуют льготы на использование экологического чистого вида транспорта такие как: освобождение от транспортного налога, скидки на проезды по платным магистралям и льготы на использование парковочного места.

Цель данной работы: выявить преимущества и недостатки использования водородного топлива на транспорте.

Основная часть. Преимуществом водородного двигателя является то, что на 1 кг водородного топлива автомобиль проедет расстояние в 3 раза больше, чем на галлоне (3.8 л) бензина. При этом в атмосферу не будут выбрасываться сажа и высокотоксичные углеводороды. В отличие от электромобиля, автомобиль на водородном топливе не нужно долго заряжать. Так, к примеру, в Toyota Mirai установлен бак на 5 кг водорода, запаса хода хватает примерно на 500 км. Давление в баке 700 атмосфер.

Важной особенностью водородного автомобиля с топливным элементом является то, что он сам вырабатывает электричество за счет электрохимических реакций водорода и кислорода [3].

Самым большим препятствием для развития водородного транспорта является неразвитая инфраструктура производства водорода. Перспективным является «зеленое» производство водорода – эта технология, основанная на применении возобновляемых источников энергии. Высокая мощность электролизёра позволяет разлагать воду в водород и кислород. Метод не сопровождается образованием химических соединений, вредных для окружающей среды [4]. Переход на использование водорода планируется многими странами мира с целью сокращения выбросов парниковых газов и развития возобновляемой энергетики. В России такие энергетические ресурсы расположены в отдаленных регионах (ресурсы ветра на побережье Арктики и дальневосточных морей) и трудны для практического использования.

Немаловажное значение имеет транспортировка водорода, так как водород должен храниться под большим давлением, либо в сжатом, либо в твердофазном связанном виде [5]. Хранение водорода обходится дороже, чем его производство. Водород является одним из главных «виновником» аварий на химических производствах. Использование водорода в качестве экологически чистого источника энергии создает также проблему с утилизацией батарей: батареи, работающие на водороде, не являются экологически чистыми [6].

Несмотря на развитие водородной энергетики, проблемы остаются.

До сих пор во многих странах мира сильно зависят от бензина. Один километр пути на автомобиле с водородным двигателем обходится на 50 % дороже, чем с бензиновым ДВС. В этом кроется главная проблема водородной энергетики [7].

Предпосылки развития водородного транспорта в России были положены еще в начале 2021 года, президент поручил разработку автобуса на водородном топливе, и уже в сентябре 2021 года КамАЗ представил на выставке и передал в тестирование первый водоробус отечественного производства. В планы компании КамАЗ входит: разработка, электробуса, карьерного самосвала и седельного тягача с ТЭ.

Заключение. Если удастся разработать экономически выгодную, производительную, экологичную технологию производства водорода, автомобили на таком виде топлива получат широкое распространение. По надежности такие двигатели уже сейчас превосходят ДВС. Изменить сложившуюся ситуацию можно, если ввести механизмы, стимулирующие условия в применении и разработке новых материалов, аддитивных технологий, двигателей на альтернативных видах топлива, в том числе и на водороде.

Список литературы

Фурсова И. Когда в России появятся водородные автомобили // Интернет-портал «Российской газеты». URL: https://rg.ru/2021/04/11/kogda-v-rossii-poiaviatsia-vodorodnye-avtomobili.html(дата обращения: 18.01.2022).

Водородный двигатель для автомобиля, как избавиться от нефтяной зависимости // AUTOTOPIK. URL: https://autotopik.ru/obuchenie/1366-vodorodnyy-dvigatel.html (дата обращения: 18.01.2022).

Двигатель на водороде: расход топлива // Все о двигателе. Сборник информации о двигателях различной модификации. URL: https://avtika.ru/dvigatel-na-vodorode-rashod-topliva (дата обращения: 18.01.2022).

Экология транспорта и устойчивое развитие: Учебник для бакалавров и магистров/ Под редакцией И.В. Карапетянц, Е.И. Павловой. М.: ФГБУ ДПО «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2019. 370 с. ISBN 978-5-907055-72-8.

Галышев Ю.В. Анализ перспективы создания водородных двигателей // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2005. № 2 (22). С. 19-23. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-perspektivy-sozdaniya-vodorodnyh-dvigateley/viewer(дата обращения: 18.01.2022).

Пятышина А.В., Хаматова Э.А., Миниахметов А.А. Двигатель внутреннего сгорания на водородном топливе как одно из ведущих и перспективных направлений альтернативной энергетики будущего // Юный ученый. 2016. № 3 (6). С. 152-156.

Гаврилова Н.В., Шалимов Ю.Н., Харченко Е.Л. Перспективы использования водорода в энергетике// Электротехнические комплексы и системы управления. 2008. № 1. С. 60-65. URL: http://www.energosovet.ru/stat402.html (дата обращения: 18.01.2022).