Топливо будущего: в поисках альтернативы

Горючее будущего: в поисках альтернативы

В европейской энергосистеме
вырастает доля электричества, полученного из возобновляемых источников энергии

Содержание статьи

  • 1 Природный газ
  • 2 Топливные элементы
  • 3 Считаем КПД
  • 4 Проточная батарея
  • 5 nanoFlowcell

К экологически чистому транспорту есть за что придраться и не касаясь трудности источников энергии. Но именно этот вопрос – нездоровой для автопроизводителей.
На простых аккумах далеко не уехать, причем во всех смыслах. Но где еще можно брать энергию для машин?

Мечты о повсеместной электрификации транспорта до сих пор сдерживает неувязка с ресурсами. Так, намерение компании Tesla раз в год выпускать 500 000 автомобилей потребует производства для каждого из их аккумуляторов емкостью по меньшей мере 60 кВт·ч, что значит огромное увеличение потребности в литии.

Литий – один из достаточно часто встречающихся в земной коре частей, но его добыча в промышленных масштабах экономически целесообразна только в солевых озерах. И разведанных припасов лития будет недостаточно для того, чтоб полностью электрифицировать всемирный парк легковых и грузовых автомобилей.

Горючее будущего: в поисках альтернативы

В городке Верльте (Германия) компания Audi построила пилотную установку в промышленном масштабе

С потребительской стороны тоже есть вопросы. Если вы отправитесь в путешествие на обыкновенной машине, у вас будет поддержка со стороны закусочных с бензоколонками и просто заправочных станций. При этом сейчас обычные автомобили могут пополнить запасы горючего всего за пять минут.

А вот Supercharger от Tesla для восполнения 80% энергетических припасов аккумулятора потребуется 45 минут. И даже в случае с самой сильной зарядной техникой (например, у Porsche заявлены 800 В и до 350 кВт) электрокару нужно по меньшей мере 15 минут. Если бы во время отпускных поездок все авто каждые 500 км должны были заряжаться так длительно, движение на дорогах могло бы просто замереть.

Сразу в европейской энергосистеме растет доля электричест­ва, приобретенного из возобновляемых источников энергии. И все почаще солнечная и ветряная энергии то не имеют возможность быть получены совсем, то вырабатываются в лишнем количестве. Электромобили могли бы стать свое­образным буфером для таковой энергии, но для этого им необходимы аккумуляторы большего размера.

Неуж-то миссия сделать мир CO2-нейтральным к 2050 году обречена на провал? Да, если сегодняшний способ обеспечения электрокаров энергией из «ископаемых» источников безальтернативен. Но три предприятия дают собственный ответ: это не так.

Природный газ

Фольксваген AG уже давно работает над технологией, которая могла бы внести весомый вклад в дело сокращения выбросов CO2: ветряные генераторы и фотовольтаика – источники энергии, от которых питаются модели Ауди с шильдиком g-tron.

Горючее будущего: в поисках альтернативы

Модели g-tron от компании Ауди с двигателями внутреннего сгорания заправляются природным газом (CNG-газом, метаном)

Ауди g-tron используют обычные двигатели внутреннего сгорания, но они работают на природном газе – метане. То, что это в принципе может быть, не открытие: электрическая энергия сначала берется для процесса гидролиза, во время которого вода расщепляется на кислород и водород. Водород отделяется в особый «танкер» автомобиля. Система Audi наглядно показывает, что этот вид «электрогазификации» возможно использовать в промышленных масштабах.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ  Как работает система автоматической парковки

Топливные элементы

У Ауди есть и способные двигаться на водороде макеты с шильдиком h-tron, а у Honda, Хэндэ и Toyota уже есть целые тестовые автопарки с тыщами автомобилей, работающих на топливных элементах (ТЭ). Но в наиблежайшее время ТЭ массовыми стать не сумеют: производственные расходы очень высоки и предпосылок для прорыва в этом направлении не видно. В установке Ауди выполняется следующий шаг: с помощью двуокиси углерода водород преобразуется в метан.

Горючее будущего: в поисках альтернативы

Энергоэффективность увеличивается с топливными элементами, превращающими в энергию водород, как в концепте Ауди h-tron

Процесс превращения энергозатратен, но зато для автомобилей, работающих на метане, есть обычная в эксплуатации инфраструктура: сеть станций для заправки природным газом. К сети заправок природным газом в Европе относятся также CNG-заправки (CNG – Compressed Natural Gas, то есть сжатый природный газ, не путать со сжиженным углеводородным газом LPG, то есть пропан-бутаном).

Считаем КПД

В Ауди говорят, что потребление газа g-tron-автопарком вполне покрывается выработкой установки, находящейся в Верльте, Нижняя Саксония. Практически эти модели Audi при езде остаются CO2-нейтральными. При этом о реальных издержек на производство «электрогаза» Audi ничего не докладывает. А речь здесь может идти о неоднократном превышении стоимости обычного природного газа.

Энергобаланс представленного компанией Ауди процесса на первый взгляд кажется катастрофичным: при производстве водорода средством гидролиза КПД составляет примерно 75% и хороших 5% теряется на преобразовании в метан. Сгорание метана в моторе происходит с таковой же эффективностью, как и в случае с обыденным современным бензиновым двигателем: в среднем КПД составляет около 30%. Таким образом, от электронной энергии для приведения автомобиля в движение остается наименее чем 20%.

По сопоставлению с электроприводом, использующим литийионный аккуму­лятор (от 60 до 70%), модели g-tron теряют очень много. А ведь газовому движку необходимы еще отведение и очистка выхлопных газов. Но при перепроизводстве энергии степень эффективности отходит на 2-ой план – энергия получается как бы бесплатной. Не считая того, модель газификации можно адаптировать для водородных установок с топливными элементами, и тогда степень эффективности должна повыситься как минимум в два раза.

Проточная батарея

Совсем другой подход к решению проблемы представяет американское предприятие IFBattery. Стартовав в качестве исследовательской группы в Институте Пердью, Индиана, команда Джона Кушмана поставила перед собой цель сделать технологию проточных батарей применимой для использования в автомобилях.

Горючее будущего: в поисках альтернативы

Проточные батареи работают с электролитами – жидкостями, которые хранятся в особых емкостях. Резервуары могут быть легко перезаправлены

Проточные батареи уже употребляются в промышленности в качестве энергетических буферов. В ядре проточной батареи находится мембрана, с каждой стороны которой расположены растворы электролита. Ионный обмен между ними и приводит к выработке электроэнергии. Процесс можно направить вспять, то есть при подаче напряжения на электроды ионы начнут двигаться в оборотном направлении через мембрану, а электролит станет заряжаться. Принципно электрохимический процесс обычного аккумулятора очень похож. Но проточные батареи увлекательны тем, что электроды и мембрана не «реагируют» на электролит. Емкость батареи зависит не от компонент аккумулятора, а исключительно от пополнения электролита, который находится во наружных резервуарах. Это могут быть контейнеры размером даже с целое здание.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ  7 легенд про сжатый природный газГорючее будущего: в поисках альтернативы

Институт Frauenhofer еще в 2009 году показал, как транспортное средство (модель) может передвигаться с помощью проточных батарей

Но для использования в мобильном виде плотность энергии в электролите выходит слишком низкой: один литр может сохранять только около 80 Вт⋅ч. Для стандартного e-Golf (35 кВт⋅ч) будет нужно резервуар объемом целых 440 л. При этом электролит, сделанный на основе цинка и брома, токсичен и разъедает мембраны из органических материалов. Исследователи из IFBattery, по их своим утверждениям, вместо ядовитых веществ для производства электролита смогли использовать «простые» виды сырья, а мембрану сделали из пористого материала, который не поддается коррозии, возникающей в итоге электрохимического процесса. Кроме того, им получилось существенно увеличить энергетическую плотность электролита. Применительно к автомобилям они представяют схему, в которой разряженный электролит на «заправочной» станции изменялся бы на новый, заряженный.

Горючее будущего: в поисках альтернативы

«Водянистые» батареи в качестве энергобуфера могут употребляться в индустриальных масштабах

При этом компания IFBattery направляет внимание на то, что для предлагаемого ею процесса довольно просто использовать уже имеющуюся заправочную инфраструктуру: подмена электролита может осуществляться на АЗС, а потом бензовозы могут доставлять его для перезарядки к ветряным генераторам либо солнечным фотоэлектрическим установкам. Тем не наименее инженеры хотят оставить и возможность подзарядки от обыкновенной розетки. В этом случае преимущества обычного «углеводородного» привода (дальность пробега и стремительная заправка) будут сочетаться с плюсами электротяги (никаких выбросов, домашняя зарядка).

Горючее будущего: в поисках альтернативы

Джон Кушман указывает электролит, который повысит энергетическую плотность и долговечность проточных аккумов

nanoFlowcell

Точный состав электролита – это большая потаенна, причем не только у IFBattery, но и у швейцарского предприятия, которое именуется nanoFlowcell. Компания предпринимателя Нунцио ла Веккья уже несколько лет мерцает на автомобильных выставках и показывает под брендом Quant нечто неописуемое: раньше, например, это было транспортное средство, способное передвигаться только на энергии, получаемой от встроенных сол­нечных батарей.

Горючее будущего: в поисках альтернативы

Quantino от компании nanoFlowcell из Швейцарии с помощью проточной батареи должен достигать припаса хода более чем в 1000 км

По заявлению изготовителя, в Quant-прототипы Quantino и Quant FE инсталлируются именно проточные батареи. В резервуарах этих автомобилей находится жидкость-электролит, именуемая bi-ION, которая не только должна быть полностью нетоксичной, но и может быть сделана в большом количестве без серьезных издержек из доступного сырья. Показатели энергетической плотности такового электролита должны приближаться к отметке около 600 Вт⋅ч на литр. Это значит, что емкость самого большого аккумулятора автомобиля от компании Tesla (100 кВт⋅ч) может быть реализована в применимом для практического использования баке объемом 170 л..

Горючее будущего: в поисках альтернативы

Мощь технологии показывает Quant FE, который, предположительно, с 560 кВт (760 л.с.) будет достигать более чем 300 км/ч

А еще nanoFlowcell обещает ординарную организацию инфраструктуры для заправки электролита на базе уже имеющейся сети АЗС.

News Reporter

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *