Водородное топливо для автотранспорта: газ сжатый или газ сжиженный?

Одним из серьезных вопросов в применении водорода в качестве моторного топлива является выбор способа его хранения на борту автотранспортного средства. Водород — самый легкий среди химических элементов, поэтому в заданном объеме его помещается значительно меньше, чем других видов топлива.

Так, при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении водород занимает примерно в 3 тыс. раз больший объем, чем бензин с равным количеством энергии. Поэтому для того, чтобы заправить машину достаточным количеством топлива, необходимо либо нагнетать водород под высоким давлением, либо использовать его в виде криогенной жидкости, либо же оборудовать автомобили сложнейшими топливными системами.

Обеспечение автозаправочных станций сжатым водородом и заполнение баллонов, находящихся в автомобиле, технически больших проблем не представляет. Современные материалы гарантируют высокую надёжность таких сосудов. Однако увеличивается вес автомобиля и уменьшается полезное пространство, т.к. баллон с одним кг сжатого при 70 МПа водорода занимает в 7, 5 раз больше места, чем энергетически эквивалентное количество бензина.

В сжиженном виде водород занимает значительно меньше места, хотя для этого его необходимо охладить всего до двух десятков градусов выше абсолютного нуля. Однако, развитие криогенных технологий и успехи, достигнутые в сфере использования сверхнизких температур, уже сегодня позволяют без особого ущерба полезному пространству автомобиля хранить на его борту запас жидкого водорода, достаточный для пробега 500 км и более.

Достоинством данной системы хранения является наименьшая масса и высокая объемная концентрация водорода; жидкий водород эквивалентен газообразному, сжатому до 170 МПа. Поэтому если к системе хранения водорода предъявляются ограничения по массе и по объему, что характерно для транспортных средств, то преимущество имеет криогенная система хранения.

Жидкий водород, производство которого растет в мире ежегодно на 5%, является важным элементом инфраструктуры снабжения потребителей водородом. В США производственные мощности позволяют в год получать до 120 тысяч тонн жидкого водорода, из которых 15% расходуется на РКТ, остальное используется в химической промышленности (37%), металлургии (21%), электронике (16%), стекольной промышленности (4%).
Одним из способов связанного хранения водорода являются гидриды. Однако лучшие из известных сегодня гидридов - железотитановые и никель-магниевые - уступают по объемным и весовым параметрам криогенному способу хранения водорода.

Проводятся разработки в области систем хранения водорода с использованием углеродных нанотрубок, но все имеющиеся на сегодняшний день конструкции обладают рядом серьезных недостатков, которые не позволяют широко использовать на транспортных средствах.

Ввиду вышесказанного, очевидно, что в настоящее время криогенная система хранения водорода на борту транспортного средства, благодаря своим массовым и объемным характеристикам, а также уровню безопасности, более предпочтительна по сравнению с гидридной и системой хранения водорода в сжатом виде.

менно по этому пути идут практически все автомобилестроительные фирмы. Так, при проектировании силовой установки для модели «Ford U» инженеры компании «Ford» за основу взяли 2, 3-литровую рядную " четверку", хорошо известную по «Ford Ranger» и «Mondeo». Семи килограммов водорода, хранящихся в двух криогенных емкостях, расположенных под задними сиденьями автомобиля, хватает на 500 км пробега. Багажное отделение не пострадало, а 118 л.с. мощности, которую развивает двигатель, достаточно «Ford U» на все случаи жизни.
В начале 2004 года два крупнейших автопроизводителя — «General Motors Corp» и «BMW Group» — объявили о намерении приступить к совместной разработке оборудования, предназначенного для заправки автомобилей жидким водородом. О масштабах задачи говорит такая цифра: в одной только в Германии планируется построить до 10 тыс. криогенных водородных заправочных станций.

Руководитель подразделения компании BMW по научной и транспортной политике, г-н Кристофа Хусса сообщил следующее: " В долгосрочной перспективе мы рассчитываем на создание в Германии сети АЗС в количестве 10 000 штук, которые будут предлагать водородное топливо. Но, уже начиная с сегодняшнего дня, мы должны работать над единым стандартом, чтобы впоследствии потребители не столкнулись с наличием отличных друг от друга систем. Нам необходима стандартизация заправочного оборудования. Сжиженный водород является самым удобным видом топлива в плане транспортировки, при отсутствии водородных трубопроводов. Работая в одной команде, мы ускорим процесс создания инфраструктуры для сжиженного водорода".

Заправочное оборудование для сжиженного водорода появится после предварительных спецификаций, разрабатываемых в рамках Европейского объединенного водородного проекта (European Integrated Hydrogen Project (EIHP). В настоящий момент спецификации EIHP находятся в стадии обсуждения и являются основой стандарта Европейской экономической комиссии ООН для работающих на водороде автомобилей. Г-н Хусс утверждает: " Концерн BMW и корпорация GM хотят создать такую заправочную систему, которая должна стать мировым стандартом, причем ключевым компонентом здесь является заправочное переходное устройство". Подписание соглашения по разработке между корпорацией «General Motors» — крупнейшим в мире производителем автомобилей — и концерном «BMW Group» — единственной в мире компанией, специализирующейся исключительно на производстве автомобилей класса " премиум" — является значительным шагом в деле создания и стандартизации технологий применения водородного топлива. На рис.3. представлен автомобиль компании «BMW Group» с ДВС на жидком водороде.

Рис. 3