ТОПЛИВОУдельная масса водорода невелика, а вот его перспективы в автомобилестроении расцениваются как весьма солидные.Топливный кризис 70-х годов заставил многие автомобильные компании поновому взглянуть на альтернативные виды горючего. Тогда-то и был отмечен перчаишие неплотности топливной вый всплеск интереса к водороду. А что, аппаратуры. В чем намного превоэтот "кандидат" выглядел вполне многосходит природный газ, состоящий обещающе. Водорода на Земле - море. В из более "тяжелых и неповоротлипрямом смысле слова, ведь его можно повых" молекул и потому менее лучать из воды... склонный к утечкам. А еще каждый, безОднако вскоре кризис пошел на условно, припомнит "гремучий газ" - взрыубыль, нефтепроводы заработали на полвоопасную смесь водорода с кислородом в ную мощность, а водородные проблемы объемном соотношении 2:1. были, на первый взгляд, отодвинуты в Не более перспективным выглядит и дальние углы академических лаборатосжиженный водород. Кому захочется рий. Однако прошло двадцать иметь дело с топливом, котолет, и теперь эти исследоварое нужно хранить при ния, похоже, обрели второе -253°С? И на какие техничедыхание - они оказались соские ухищрения придется идзвучны современным "экологити конструкторам, чтобы подческим" настроениям. Дейстдерживать такой холод скольвительно: сжигаем водород ко-нибудь длительное время? получаем воду. Как ни взгляни Итак, этот вариант пока тоже - вполне нейтральный и безотпадает. вредный продукт. ф Атомы металла К счастью, есть еще одна3 Атомы водорода возможность - гидриды. НаТак размещаются ГДЕ ЕГО ВЗЯТЬ? помним, что атомы металлов атомы водорода в Как всегда, в новом и перрасполагаются в определенкристаллической респективном деле множество ном порядке, их "построение" шетке металла вариантов. Единообразие приназывают кристаллической дет потом, а пока выбор довольно велик. решеткой. Так вот, некоторые металлы и Самое простое - вместо бензобака размесплавы способны "разместить" между свостить на автомобиле баллоны со сжатым ими атомами и атомы водорода. Такие "соводородом. Подходящая аппаратура уже общества" и называют гидридами. существует - ведь в мире немало автомоНе вдаваясь в подробности, заметим, билей работает на сжатом газе. Правда, что емкость подобного "хранилища" (при природном, но приспособить эти устройстравном объеме устройства) впятеро выва относительно легко. Конечно, и сам ше, чем у баллона со сжатым газом, и почдвигатель придется переделывать, но об ти вдвое - чем у дьюара со сжиженным. этом чуть позже. Такой путь, хотя и кажетИсследователи настойчиво ищут наибося простым, все-таки маловероятен. Трудлее походящие сплавы, но уже известно, но представить водителя, который доброчто наилучшей основой для них является вольно согласится возить емкости со сжатитан. Гидридные накопители штука дотым до 200 кгс/см 2 водородом, к тому же вольно сложная, и, естественно, они не способным коварно проникать через мель- состоят из цельного куска металла, аРасположение агрегатов "Тойоты FCEV": 1 - двигатель; 2 - электронный блок управления; 3 - топливные элементы; 4 - реактор преобразования метанола в водород; 5 - топливный бак; 6 - аккумуляторы. ~шабольше напоминают губку со множеством каналов - для скорейшего поглощения и выделения водорода. Последнее происходит при нагреве гидридов, а уж источник тепла на автомобиле долго искать не нужно - скажем, для этой цели вполне подойдут горячие выхлопные газы. Еще одна важная черта гидридов - они стократ безопаснее других способов хранения водорода. Правда, для автомобильного транспорта емкость иу них маловата, а вес и сложность устройства, напротив, велики. Резонно задать вопрос: если хранение вызывает такие трудности, нельзя ли получать водород непосредственно на автомобиле? Оказывается, можно. Самым перспективным считается способ, при котором сырьем служит метанол, или, по старой российской классификации, метиловый спирт - "младший братец" известного всем этилового. Родственничек-то, правда, с характером - ядовит, но это если его пить, а вообще-то он применяется довольно широко - даже входит в состав большинства автомобильных жидкостей для мытья стекол. Итак, бак автомобиля - по сути, вполне обычный - наполняют легкой жидкостью с резким спиртовым запахом. Отсю-70ЗР 4/98 да она попадает в реактор (не пугайтесь, не ядерный, а химический), испаряется ив присутствии катализатора реагирует с водяным паром, выделяя водород и двуокись углерода. Топливо получено, осталось его использовать. Кстати, можно провести реакцию другим способом, тогда вторым из продуктов окажется не С0 2 , а СО (тот самый, с которым борются экологи); смесь последнего с водородом получила название синтез-газ. Поскольку Н2и СО горючи, их можно вместе непосредственно сжигать в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Подобные эксперименты проводились во множестве лабораторий, в том числе иу нас в НАМИ. ЖЕЧЬ ИЛИ НЕ ЖЕЧЬ? Более чем столетняя традиция транспортных средств с моторами внутреннего сгорания практически однозначно решает этот вопрос в пользу первого варианта. Такой путь сулит определенные выгоды повышается эффективный КПД двигателя, единственным прямым продуктом реакции является водяной пар, и даже оксидов азота (они образуются при высокой температуре из кислорода и азота воздуха) выбрасывается в атмосферу в 4-5 раз меньше (данные НАМИ), чем при езде на бензине. Определенную опасность представляют вспышки "гремучего газа" в коллек-его высокую детонационную стойкость, что позволяет заметно увеличить степень сжатия и давление наддува. Эти меры поднимут эффективную мощность двигателя (при "бензиновых" степенях сжатия из-за меньшего коэффициента наполнения мощность двигателя на водороде оказывается меньше). Проводились эксперименты и по использованию водорода в... дизеле. Правда, в газодизельном цикле небольшая порция жидкого топлива подавалась в цилиндр, чтобы инициировать начало горения. Дизелю водород тоже пошел бы на пользу - с ним выбросы сажи и твердых частиц сводятся почти к нулю. На первый взгляд, добавить к тому, что сказано, вроде бы нечего, если не погружаться в рассуждения о том, что лучше сжигать: чистый водород, синтез-газ или их всевозможные смеси с бензином, метанолом, соляркой... Но, оказывается, не все специалисты мыслят столь прямолинейно. Некоторые, раз ступив на путь исследований в области химии водорода, уже и слышать не хотят о двигателях внутреннего сгорания. И вот, благодаря усилиям конструкторов на сцене появляется новое удивительное устройство, позволяющее при реакции водорода с кислородом получить электрическую энергию непосредственно! Многие, вероятно, помнят школьные опыты по электролизу: в воду опускают два электрода, подводят определенное напряжение, и на одном из них начинаетНагрузка / Отрицательный J f^ электрод | 1[7С7 А Воэдух+пар _г? t Положительный ^П» Щ электродже - платиновый катализатор). Пройдя через мембрану, водород вновь получает свой электрон - в момент реакции с кислородом воздуха, на положительном (и тоже платиновом) электроде. Электроны же вынуждены идти "кружным путем", через электрическую цепь, производя при этом полезную работу. Ну вот, осталось подключить электродвигатель, блок управления и... батарею аккумуляторов. Последняя, естественно, меньше, чем в электромобилях, и служит для приведения всего устройства в рабочее состояние, а также сглаживает пиковые нагрузки на топливный элемент и сохраняет энергию при торможении. Опытные экземпляры транспортных средств с такой чудовищной по сложности силовой установкой уже бегают по полигонам многих зарубежных автомобильных концернов, а 'Тойота" даже представила свою модель FCEV (электромобиль с топливными элементами) на Токийском автосалоне в конце прошлого года. Занимаются этой тематикой и "Мерседес", и американцы, но наиболее активны японцы. По правде говоря, пока сложность и стоимость таких автомобилей многократно превосходят их эффективность, но, как знать, в будущем ситуация может измениться. Говорят, что в Японии регулярно проводят конкурсы на транспортное средство с наиболее сложными преобразованиямиИспаритель Блок катализаторов Катализатор доокисленияВодород!Ионообменная мембранаТВоэдухВоздухТопливоВоздухСтруктура топливного элемента.Схема топливного элемента.Схема реактора.торе в момент открытия впускного клапана. Чтобы избежать этого, инженеры в 70-е годы предполагали подавать водород непосредственно в камеру сгорания. На чертежах тех лет нетрудно заметить дополнительный канал в головке блока цилиндров и маленький клапан, управляющий поступлением водорода. Позднее выяснилось, что проблему можно решить подругому - скажем, впрыскивать в рабочую смесь воду или обеспечить рециркуляцию отработавших газов (тоже, по сути, водяного пара). К преимуществам водорода как моторного топлива следует отнестивыделяться водород, а на другом - кислород. Здесь же все происходит с точностью до наоборот. Водород в чем-то сродни металлам, и его атом легко теряет свой единственный электрон. В устройстве, получившем название водородный топливный элемент, реакция водорода с кислородом происходит в несколько стадий. Сперва водород вынужден пройти через ионообменную мембрану, которая свободно пропускает лишь протоны - лишенные электрона атомы водорода (Н + ), а вовсе не его молекулы Н2 . Электроны при этом остаются на отрицательном электроде (онэнергии. Несколько лет назад в таком соревновании победил некий энтузиаст, придумавший... велосипед. Вращение педалей этого замысловатого устройства приводило к трению двух брусочков, которые, нагреваясь, кипятили воду. Небольшая паровая машина вращала генератор, а колеса приводились в действие электромотором. Что самое удивительное, этот велосипед был способен двигаться (правда, чрезвычайно неспешно)! Жюри такая конструкция показалась просто уникальной. Но ведь тогда еще не построили "Тойоту FCEV"!..ЗР 4/9871