В гостях у сказки
Запасы нефти на Земле не безграничны, по разным прогнозам ее хватит на 50-80 лет. Ученые уже не одно десятилетие ищут альтернативные виды топлива, в том числе для автомобилей. Конструкции разрабатывали самые разные – от привычных нам машин с газобалонным оборудованием до электромобилей. Встречались совсем уж экзотические модели, вроде концепта Seattle-ite XXI, представленного компанией Ford в 1962 году, с …компактным ядерным реактором на борту.
Одним из перспективных видов топлива принято считать водород - преимуществ его использования немало. В самом деле, при сжигании водорода мы получаем лишь тепло и воду. То есть, не образуются не только токсичные вещества, но и парниковые газы. Не нарушается даже круговорот воды в природе! Запасы водорода неисчерпаемы, весь мировой океан к нашим услугам: расщепив воду, можно использовать водород как топливо, а технологии расщепления разработаны давно. Имеющиеся в огромном количестве двигатели внутреннего сгорания не трудно переделать под водородное топливо. Теплотворная способность водорода почти в пять раз выше, чем у бензина и других углеводородов, а это значит, расход водородного топлива будет меньшим.
Идея водородного топлива настолько заманчива, что не дает покоя ни бизнесменам, ни ученым, ни политикам. Так, на разработку водородного двигателя правительство США потратило около полутора миллиардов долларов и намерено потратить еще, а Евросоюз выделил четыре года назад 2 млрд. евро на создание водородного топлива и других возобновляемых источников энергии. На российско-американском деловом энергетическом саммите, проходившем в сентябре 2003 г Санкт-Петербурге, американским и российским министрами энергетики были сделаны заявления о сотрудничестве России и США в работах по развитию водородной экономики.
Не отстают и автомобильные корпорации. Водородные концепт-кары уже разработали Hyundai (модель i-Blue), Volkswagen (Space Up Blue), а также BMW, Toyota, Honda и другие. АвтоВАЗ в деле освоения водорода сделал ход конем, и подписал соглашения о сотрудничество с ракетно-космической корпорацией «Энергия» и предприятиями Минатома России, у которых накоплен богатейший опыт работы с водородным топливом.
Могучий военно-промышленный комплекс СССР разрабатывал водородные технологии с середины 60-х. Результатом работ стал первый в мире криогенный самолет на водородном топливе Ту-155. Впервые он поднялся в воздух более 20 лет назад, 15 апреля 1988 года.
Радужность скорого водородного будущего, однако, портят некоторые мелочи. Основная незадача в том, что водорода на Земле в свободном виде нет, месторождения имеются разве что на Юпитере и Сатурне. Значит, его придется производить. То есть, водород для жителей Земли вовсе не источник энергии, а лишь ее носитель, вроде аккумулятора. Чтобы получать из батареи ток, ее надо сначала зарядить. Точно так же, прежде, чем сжечь водород в двигателе, его надо сначала извлечь из другого вещества, причем на это придется потратить энергию. Причем затратить только на производство водорода энергии придется больше, чем ее выделится потом при сгорании в двигателе. Сжижение водорода съест еще около 75 процентов энергии, выделяемой при его сгорании. Для получения водорода и его сжижения нужна электроэнергия, а ее производят в основном на тепловых электростанциях, сжигающих либо газ, либо уголь, либо мазут. КПД современной ТЭЦ около 30%. Выходит, что для получения единицы энергии от сгорания водорода надо затратить от 4-10 единиц, сжигая другие виды топлива.
А вот что пишет о водородной проблеме американский журнал Skeptic , который специализируется на разоблачении научных мифов:
Более 90% водорода получают, расщепляя природный газ с хорошей эффективностью – около 72%. При этом на процесс выделения водорода теряется лишь 28% энергии, содержащейся в газе. Однако в ходе расщепления в атмосферу попадают очень вредные окислы азота, которые, к тому же разогревают ее в 58 раз сильнее, чем углекислый газ. Примерно с такой же эффективностью и такими же последствиями водород получают из нефти (6% водорода). Но ведь метан и нефть сами по себе удобные энергоносители, и на них ДВС прекрасно работает.
Около 4% водорода получают, расщепляя воду, чтобы получить особо чистый газ. КПД электролиза – около 70%. Электричество, необходимое, для расщепления, можно получить с электростанции, сжигая углеводороды. КПД электростанции около 30%. Так что общий КПД получается 70 * 30% = 21%. То есть конечному потребителю достанется только пятая часть от энергии сожженной нефти или газа. Может быть, все же проще использовать в качестве топлива саму нефть?
С электричеством, полученном на гидро-, атомных и других станциях картина столь же удручающа. Например, общий КПД получения водорода с помощью ветрогенератора – около 25%, а от солнечных батарей – 10%.
Использование особых бактерий или микроводорослей, выделяющих водород, еще менее эффективно их КПД 0,1%.
Однако получить водород – еще полдела, его надо в чем-то хранить. Чтобы сжать водород до 700 атм, надо истратить 15% заключенной в нем энергии, а чтобы превратить в жидкость – до 40%. Стандартный 40-литровый баллон для водорода весит пустой почти 70 кг, а наполненный под завязку – 70 кг и 53 грамма.
Бензобак Хонды Аккорд, к примеру, весит 11 кг, вмещает 65 л бензина и стоит 100 долларов. С полной заправкой можно проехать без малого 800 км. Баллон с водородом под давлением 200 Атм будет весить 400 кг, стоить 2000 долларов и займет собой практически весь объем багажника. Проехать на нем можно всего 265 км.
Головной болью окажется доставка водорода на АЗС. Бензин развозят в цистернах, газ транспортируют по трубопроводам. Автоцистерны с бензином хватает на заправку около 800 автомобилей, Цистерна с водородом сможет заправить только 60. Значит для заправки того же количества машин количество цистерн надо увеличить более чем в 10 раз!
В США имеется около 200 000 миль трубопроводов природного газа. Но для водорода эти трубы не годятся – нужны другое сечение и другой материал (обычная сталь по действием водорода становится хрупкой). Новые трубопроводы обойдутся в 200 миллиардов долларов.
Таким образом, на выработку, хранение и транспортировку литра водорода всегда придется тратить значительно больше энергии, чем в нем имеется. Поэтому смысл использовать водород в качестве топлива весьма сомнителен.
От редакции. К сказанному добавим, что кроме бака придется устанавливать весьма дорогие системы подачи газа высокого давления, а также системы контроля утечки газа. Вспомним хотя бы какие системы пришлось разрабатывать в ОКБ Туполева для переделки обычного Ту-154 в водородный самолет:
- топливный бак с высокоэффективной теплоизоляцией для размещения жидкого водорода с температурой -253С;
- топливный комплекс включал в себя заново разработанные: систему подачи топлива в двигатель, систему поддержания давления в баке с аварийным предохранительным устройством, систему циркуляции, наддува бака, систему аварийного слива криогенного топлива; система подачи топлива состояла из центробежных и струйных насосов, теплоизолированных трубопроводов, криогенных агрегатов и клапанов;
- На самолете установили азотную систему, замещающую азотную атмосферу в отсеках самолета и предупреждающую экипаж при утечки водорода задолго до взрывоопасной концентрации.
Конечно, все эти страшно дорогие системы внедрять в автомобиль нет нужны, но без некоторых, к примеру, контроля утечки, не обойтись – гремучая смесь водорода с воздухом взрывается не хуже динамита. А кто захочет ездить на динамите?
4744