в США на выставках и ярмарках . Его силовая установка использовала гидроксид калия в качестве электролита , сжатые водород и кислород – в качестве реагентов . Позже , в 1959-м , Бэкон и его коллеги продемонстрировали практическую пятикиловаттную установку , способную питать сварочный аппарат . В 1991-м Роджер Биллингс разработал первый автомобиль на водородных топливных элементах . Тридцать лет спустя , весной 2021 года , британская Williams Advanced Engineering объявляла о том , что ее специалисты привлечены горнодобывающей компанией « Anglo American » для помощи в разработке 280-тонного карьерного самосвала на водородных топливных элементах .
Иными словами , ВТЭ известны давно , и в истории развития техники достаточно много примеров попыток их использования , в том числе на транспортных средствах . Но мы , как и в первой публикации , говорим только о городских и отчасти пригородных автобусах .
Немного теории
Конструктивно ВТЭ бывают различных видов , однако все работают примерно одинаково . Они состоят из трех смежных сегментов : анода , электролита и катода . На границах трех разных сегментов происходят две химические реакции . На аноде катализатор окисляет топливо , обычно водород , превращая его в положительно заряженный ион и отрицательно заряженный электрон . Электролит – это вещество , специально разработанное для того , чтобы ионы могли проходить через него , а электроны – нет . Освобожденные электроны движутся по проводнику , создавая электрический ток . Ионы проходят через электролит к катоду . Достигнув катода , ионы воссоединяются с электронами и реагируют с третьим химическим веществом , обычно с кислородом , с образованием воды или углекислого газа .
Думаю , вы обратили внимание на слова « две химические реакции ». Нюанс в том , что для протекания химической реакции всегда нужны а ) реагенты и б ) определенные условия .
■ Реагенты должны быть химически чистыми . Сошлемся , однако , на доклад « Автомобильная промышленность 2035 : прогнозы на будущее », подготовленный аналитиками независимой консалтинговой компании « Horváth & Partners » ( Штутгарт , Германия ). Согласно ему технологическая цепочка использования водорода выглядит так : производство электроэнергии → ЛЭП → производство водорода → станция подготовки газа перед транспортировкой в сжатом или сжиженном состоянии → транспортировка → хранение ( накопление ) на неких складах / базах / заправочных станциях → заправка техники → хранение на борту → получение электроэнергии в топливных элементах ( и зарядка бортовых накопителей ) → колесо ... Иными словами ,
Общая компоновка автобуса и принципиальная схема топливного элемента . В нем используется водород со стороны анода и атмосферный кислород на стороне катода . Между ними устанавливается мембрана , обеспечивающая проводимость протонов , но не электронов . Выбросы – только дистиллированная вода и тепло
в такой сложной цепочке ( и при больших объемах ) полностью исключить вероятность потерь и загрязнений вряд ли возможно .
Кроме того , в реакции кислород используется из атмосферного воздуха , его там только 20,95 % по объему ( 23,15 % по массе ), а в крупных промышленных городах , особенно стран третьего мира , там же возможно наличие и химических загрязнений . Так , например , впервые автобусы на ВТЭ вышли на регулярные маршруты в Пекине в 2006 году . Они были изготовлены компанией « Daimler » ( Германия ) и приобретены за счет гранта Программы ООН . Но ( цитата из отчета , опубликованного местными СМИ ): « The technology has not gained broader use in the city because air pollution reduced the efficiency and operating life of fuel cells ». В переводе : « Технология не получила широкого применения в городе , поскольку
Один из вариантов компоновки для микроавтобуса
Так выглядит демонстрационный блок ВТЭ на лабораторном столе . Для понимания габаритов – в конструкции использованы гайки М8 загрязнение воздуха снизило эффективность и срок службы топливных элементов » ( курсив мой – А . Са .).
Очевидно , что отказы и неисправности ВТЭ чаще всего связаны с « отравлением » элементов при использовании недостаточно чистых исходных веществ . И по этой причине ресурс системы , увы , ограничен , а ремонт в « полевых условиях » затруднен . К сожалению , отравление может носить кумулятивный характер и быть результатом комбинированного воздействия нескольких агентов-стрессоров , посему его последствия могут сказаться в самое неподходящее время . Тем не менее на сегодня для транспортных средств с ВТЭ расчетный ресурс работы составляет не менее 30-40 тысяч часов . Пока не будем пересчитывать эту цифру на число дней работы на линии с учетом продолжительности смены и КТГ – ниже вы поймете почему , – а пока пункт « б » в химической реакции – « условия ».
■ Условия протекания химической реакции – это в числе прочего температура . Так , существуют высокотемпературные ВТЭ ( реакция происходит при t более 400 ° С ) и низкотемпературные . Первые применяются в экспериментальных и стационарных энергоустановках , а вторые – в том числе и на автомобилях . И в них для протекания реакции необходима температура от 15 до 40 ° С . Отсюда понятно , что требуется некий автономный источник энергии для холодного запуска элементов , например , после ночного отстоя техники в зимний период . Также в общем случае химическая реакция обладает определенной « инерционностью », и , в отличие , например , от электродвигателя , ее нельзя сразу « включить » на максимальную мощность / момент или мгновенно полностью выключить . Это усугубляется особенностями компоновки и условий эксплуатации автомобиля / автобуса . Так , например , у последнего блоки ВТЭ устанавливаются на крыше или в заднем свесе под подиумом , а результатом химической реакции
www . ktt-magazine . ru 35