6.1 Особливості застосування водню у двигунах внутрішнього згоряння

У двигунах внутрішнього згоряння водень можна застосовувати як у чистому вигляді, так і в суміші з вуглеводневим паливом.

6.1.1 Використання чистого водню

У разі використання в ДВЗ чистого водню потужність двигуна порівняно з бензином знижується до 65-82%. Якщо внести невеликі зміни в систему запалювання, потужність двигуна збільшується до 117% порівняно з бензиновим аналогом, але тоді значно збільшиться вміст оксидів нітрогену у продуктах згоряння через вищу температуру в камері згоряння. Крім того, водень при температурах і тисках, які створюються у двигуні здатний вступати в реакцію з матеріалами двигуна і мастильними матеріалами, спричиняючи швидке зношування.

Наближені до традиційних поршневих, водневі двигуни внутрішнього згоряння (Hydrogen internal combustion engine – HICE) можна побачити на автомобілі BMW Hydrogen 7, автобусax Ford F-450 i MAN Lion City Bus. Проте, їх випускають зараз обмеженими дослідними партіями.

Звичайний ДВЗ для роботи на водні не підходить ще й тому, що водень легко запалюються від високої температури випускного колектора. Зазвичай для роботи на водні використовується роторний двигун, оскільки в ньому випускний колектор значно віддалений від впускного. Власне, це й пояснює чому одним із існуючих у наш час автомобілів на водні є роторна Mazda RX-8 hydrogen, але і вона – біпаливна, тобто використовує і бензин, і водень.

6.1.2 Використання водню у сумішах

Завдяки високій фізико-хімічній активності водню невелика (5-10% мас.) його добавка до бензину знижує токсичність відхідних газів на 65-75% (табл.6.1). При цьому витрата бензину знижується на 30-40%. Найнижчий вміст NO_x у продуктах згорання спостерігається при навантаженнях, менших 50% максимально потужності, тобто при робочих параметрах двигуна, які становлять найбільший інтерес для умов міської експлуатації автомобілів.

Таблиця 6.1 - Викиди шкідливих речовин при згорянні різних палив

Види палива	Викиди шкідливих речовин, г/км
	СО	СН	NOx
Бензин	42	8,5	9,1
Зріджений нафтовий газ	19	4,8	8,7
Стиснутий природний газ	8,5	4,5	8,5
Бензин у суміші з воднем	3	2,8	4,55
Метанол	28	4,6	4,4
Метанол у суміші з бензином	32	5,4	7,6
Метанол у суміші з синтез-газом (H2+CO)	5	2,5	3,5
Синтез-газ (H2+CO)	0	0,4	2,3
Водень	0	0	2,5

6.2 Способи зберігання водню на транспорті

Застосування водню на автотранспорті пов’язане з розв’язанням такої важливої проблеми, як компактне і безпечне зберігання водню на транспортному засобі.

За кімнатної температури і нормального атмосферного тиску водень займає приблизно в 3 тис. разів більший об’єм, ніж бензин з таким же енергетичним еквівалентом. Тому для заправки автотранспорту потрібно використовувати такі форми зберігання водню, які можуть забезпечити відповідну кількість енергії – стиснутий водень, водень у кріогенному стані або водень у наноматеріалах

При великих кількостях водню (наприклад, при використанні в ракетно-космічній або авіаційній техніці, де його запас обчислюється тонами), оптимальним є зберігання його у кріогенному вигляді. В автотранспортних системах, що характеризуються невеликими видатковими характеристиками, ефективнішими можуть виявитися інші методи зберігання: наприклад, у стиснутому або у зв’язаному вигляді – в інтерметалевих сполуках.

Крім цінових характеристик, обмеження у використанні різних способів зберігання водню визначають його вагові й об’ємні показники (табл.6.2).

Таблиця 6.2 - Масові і об’ємні характеристики паливної системи на різних схемах зберігання водню

Система зберігання	Маса і об’єм системи щодо бензину
	Маса	Об’єм
Газ (тиск 15 МПа)	15,0	24,5
Гідрид магнію	4,6	4,0
Рідкий водень	2,4	3,8