Проблемы и перспективы использования топливных элементов в автомобильной промышленности
Одно из главных препятствий,
связанное с использованием водорода в автомобилях,
- это возможность его хранения.
Водород может храниться в виде сжатого газа,
в виде криогенной жидкости или в виде гидридов металлов.
Одна из основных проблем в данном случае
– это тары для газообразного водорода.
Трудность хранения водорода внутри автомобиля,
так же как и отсутствие водородной инфраструктуры,
заставила производителей автомобилей
отказаться от их массового производства
в пользу автомобилей с более удобным в применении топливом.
Компания Toyota Motor планирует уже в 2015 г.
начать мировые продажи транспортных средств на водородных ТЭ.
Однако предполагается, что годовой объем продаж
не превысит нескольких тысяч «автомобилей будущего».
Причина скромных планов заключается
в высокой стоимости технологической новинки.
Ожидается, что в Европе транспортное средство
на топливных элементах Toyota Prius будет продаваться
в розницу приблизительно за 100 000 евро.
Что касается автономной энергетики,
то для нее предназначаются в первую очередь
твердооксидные топливные элементы.
Вырабатываемый ими 1 кВт установленной мощности
стоит сейчас 3 тыс. долл.,
приемлемая для водородной энергетики стоимость
- 1 тыс. долл. - может быть вскоре достигнута.
Рис. 3. Honda FCX Clarity - первый в мире серийный автомобиль
на топливных элементах.
Производство водорода
Переход на водородную энергетику означает
крупномасштабное производство водорода,
его хранение и использование для выработки энергии
с помощью топливных элементов.
В топливный элемент, в отличии от гальванического,
реагенты поступают постоянно.
Производство водорода.
Один из его источников - природное топливо:
метан, уголь, древесина и т.д.
При взаимодействии топлива с парами воды
или воздухом образуется синтез-газ - смесь СО и Н2.
Из нее затем выделяется водород.
Другой источник - отходы сельскохозяйственного производства,
из которых получают биогаз, а затем - синтез-газ.
Промышленно-бытовые отходы тоже используются
для производства синтез-газа,
что способствует одновременно и решению экологических проблем.
В результате образуются углекислый газ,
водород и окись углерода.
Дальше идет каталитическая очистка,
электрохимическая конверсия и т.д.
Водород можно получать также электролизом воды,
то есть разложением ее под воздействием электрического тока.
Очень важным элементом при преобразовании газа,
содержащего водород, является очистка газа на палладиевых мембранах.
В конечном счете получается чистый водород.
Способы хранения водорода
Низкая плотность газообразного водорода,
низкая температура его ожижения,
а также высокая взрывоопасность
в сочетании с негативным воздействием
на свойства конструкционных материалов,
ставят на первый план проблемы
разработки эффективных и безопасных
систем хранения водорода –
именно эти проблемы сдерживают развитие
водородной энергетики в настоящее время.
В соответствии с классификацией департамента энергетики США, методы хранения водородного топлива можно разделить на 2 группы: