Когда дирижабль «Гинденбург» подошел к причалу в Лейкхерсте, штат Нью-Джерси, 6 мая 1937 года, дирижабль, на котором находились пассажирские палубы, был наполнен водородом. Этот элемент, самый простой и самый распространенный во Вселенной, состоит из одного протона и одного электрона, вращающегося вокруг него. Водород также имеет наименьший атомный вес среди всех элементов. Он может нанести серьезный удар, создавая огромное количество энергии при введении кислорода и источника воспламенения. Когда «Гинденбург» взорвался, мир стал свидетелем силы водорода.
Когда тем майским вечером «Гинденбург» швартовался, внешняя обшивка дирижабля подверглась воздействию статической искры. В считанные секунды пламя охватило дирижабль, превратив его в огненный шар и искореженный металл. В результате катастрофы погибли 36 человек [источник:Национальный архив]. И как быстро сгорел Гинденбург, так же быстро сгорело и общественное мнение о водороде. В течение многих десятилетий после катастрофы к водороду относились скептически и даже с тревогой. В отношении элемента [источник:Эдвардс] развился «фактор страха перед водородом».
Сегодня, когда растут опасения по поводу возможного сокращения мировых запасов нефти и увеличения выбросов загрязняющих веществ из этой нефти, исследователи в области энергетики пересматривают водород как источник топлива. У него, безусловно, огромные перспективы:водород практически не выделяет парниковых газов (ПГ). Его основными побочными продуктами являются водяной пар и тепло. Водород имеет самую высокую выходную мощность по весу среди всех видов топлива [источник:CECA]. И это в изобилии; водород можно производить из нескольких источников, от природного газа до самой воды.
Но остается вопрос:является ли водородное топливо безопасным источником энергии для наших автомобилей? Как вообще можно использовать водород в качестве топлива? На следующей странице есть краткое руководство.
Водород на самом деле не является источником энергии — это энергоноситель. [источник:СЕКА]. Водород несет энергию, которая создается при его производстве. Это похоже на электричество:мы не можем сжигать электричество (которое является энергоносителем), но электричество можно производить путем сжигания таких источников энергии, как природный газ или нефть. Затем электричество переносит эту энергию в другие места, например в розетки в вашем доме.
Это означает, что энергоносителю необходимо дать энергию для переноса, грубо говоря. Поэтому мы должны создавать энергию, чтобы производить водород. Это намного проще, чем традиционный метод получения нашего основного источника топлива, нефти. Чтобы получить нефть, необходимо бурить запасы, выкачивать ее из-под земли, очищать и отправлять на заправку. Используя водород в качестве источника топлива, мы, по сути, можем производить собственное топливо и исключить все эти этапы и, возможно, геополитические разногласия, которые вызывает нефть.
Водород создается в процессе, известном как риформинг. . Конечно, мы можем генерировать водород как средство передачи энергии, сжигая природный газ или какой-либо другой источник топлива на основе углерода. Фактически, риформинг метана (выделение водорода из углеводородов путем сжигания природного газа) в настоящее время является наиболее жизнеспособным методом производства водородного топлива. Но благодаря этому методу мы вернулись к исходной точке в том, что касается выбросов парниковых газов (ПГ). В то время как процесс передачи энергии из водорода будет чистым, процесс создания водорода по-прежнему будет сжигать ископаемое топливо и выделять парниковые газы.
Так же, как существуют более чистые способы производства электроэнергии (например, гидроэлектроэнергия), водород также может быть получен экологически чистым способом с помощью энергии ветра или солнца — даже с помощью микробов, которые поедают водоросли и производят водород в качестве побочного продукта [источник:NREL]. Исследователи оценивают эти методы как надежные способы производства водорода без сжигания ископаемого топлива. А другие выясняют, как лучше всего использовать полученный водород для питания вашего автомобиля.
Автоинженеры изобрели водород топливные элементы . Эти топливные элементы вырабатывают электричество для питания вашего автомобиля посредством электрохимического преобразования. . Чистый химический элемент водород расщепляется на протон и электрон, в результате чего вырабатывается электричество. Когда он смешивается с кислородом, побочным продуктом процесса является вода. Поскольку топливный элемент сам по себе не может производить достаточно электроэнергии для питания автомобиля, элементы должны быть объединены в стеки топливных элементов. [источник:Fuel Economy.gov]. Однако, как только вы соберете несколько стопок вместе, ваша машина сможет двигаться дальше.
Однако остается большая проблема:хранение водорода на борту вашего автомобиля. Некоторые методы уже используются. Водород может храниться в виде газа под высоким давлением или очень холодной жидкости, такой как криогенный водород. Это работает для хранения водорода на топливных насосах, но непрактично для перевозки топлива в автомобиле. Криогенный жидкий водород потребует дополнительной бортовой системы для охлаждения топлива. Это увеличит вес, что повлияет на энергоэффективность автомобиля.
Исследователи все еще изучают оптимальные способы хранения и использования водорода в качестве источника топлива. Часть этого исследования включает в себя развеивание опасений общественности по поводу водородного топлива. Наука может разгадать загадку водородного топлива, но если водители все еще представляют себе, как их заживо сжигают в шаре раскаленного добела пламени после изгиба крыла, то кто вообще будет покупать автомобиль на водородном топливе? Возможно, следующая страница развеет ваши опасения.
Во многих случаях водород безопаснее топлива, которое мы сейчас используем для питания наших автомобилей. Топливо на основе углерода имеет тенденцию распространяться в виде жидкости (как вы хорошо знаете, если вы когда-нибудь проливали на себя бензин на заправке). При сгорании обычного топлива образуется горячая зола, создающая лучистое тепло. Это не относится к водороду. В чистом виде водород не сжигает углерод, не производит горячей золы и выделяет очень мало лучистого тепла [источник:RMI]. Более того, когда происходит утечка водорода, он быстро поднимается в атмосферу, поэтому у него меньше времени на сгорание [источник:Принстон].
А как же Гинденбург? И сторонники, и противники водородного топлива ухватились за злополучный дирижабль в своих дебатах. В то время как противники указывают на это как на предостерегающий рассказ, сторонники рассматривают его как реабилитацию за водород.
Хотя водород на борту «Гинденбурга» действительно горел с невероятной силой, не водород вызвал катастрофу, а алюминиевый порошок. Чтобы отражать солнечный свет, кожа Гинденбурга была покрыта этим порошком, эквивалентным ракетному топливу [источник:RMI]. А хлопчатобумажная ткань, из которой сделана обшивка дирижабля, была пропитана легковоспламеняющимся ацетатом [источник:ABC]. Сторонники водорода также отмечают, что пламя в катастрофе Гинденбурга горело вверх, а не наружу, потому что этот элемент очень легкий. Это оставило пассажиров в перевозчике внизу относительно нетронутым пламенем. Тридцать пять из 36 смертей Гинденбурга произошли в результате того, что пассажиры спрыгнули с дирижабля; все, кто остался на борту, выжили [источник:RMI].
Проблема, связанная с хранением водородного топлива, состоит в том, чтобы придумать способы создания резервуаров для хранения, которые не станут предостережением от водорода для будущих поколений. Другими словами, какой резервуар лучше всего подходит для предотвращения взрыва водорода в автомобильной аварии?
Стальные баки - одна из возможностей. Они достаточно прочны, чтобы служить надежными носителями газообразного водорода в автомобилях. Если авария все-таки произойдет, стальной резервуар, скорее всего, сможет выдержать удар, не получив прокола или разрыва. Одна проблема со сталью, однако, заключается в том, что водород очень легкий и, следовательно, менее плотный, чем бензин. Любой бак, который содержит водородное топливо под давлением, должен быть намного больше, чем обычный бензобак вашего автомобиля. Стальной бак был бы довольно тяжелым и снижал бы энергоэффективность.
Композитные материалы обещают даже больше, чем сталь. Баки из полиэтилена легкие, могут принимать форму автомобиля и предназначены для порошка. -- поглотить энергию удара, превратив бак в пыль и якобы безопасно выпустив водород в атмосферу [источник:Принстон].
В конечном итоге водород может храниться в материалах, которые могут удерживать элемент и высвобождать его при необходимости. Некоторые типы металлов, например металлогидрид , могут улавливать молекулы водорода в своей композиционной структуре. Здесь водород безопасно хранится и высвобождается при нагревании металла. Что делает эту технологию еще более привлекательной, так это то, что тепло, необходимое для высвобождения молекул водорода из их металлических резервуаров, может поступать из отработанного тепла, производимого водородным топливным элементом [источник:Министерство энергетики].
Не похоже, что «фактор страха перед водородом» сильно мешает продолжению исследований его жизнеспособности в качестве источника топлива. И если в мире действительно заканчивается нефть, нам, возможно, придется раз и навсегда забыть об этих опасениях.
Для получения дополнительной информации о водородном топливе и других связанных темах посетите следующую страницу.
Топливные форсунки
Топливные фильтры
Октановое число топлива
Чистая топливная система
Топливная система