Как перевести двс на водород
Перейти к содержимому

Как перевести двс на водород

  • автор:

Установка водорода (долгожданный пост и первый отчет)

И так, приходим к самому интересному. Помониторив рынок таких экспериментов и установок я пришел к выводу что первый или один из первых людей в МИРЕ кто проводит тест работы пара "метан водород".
Англоязычные коллеги тестили такие установки даже на бугати вейрон, мои коллеги успешно провели тесты на дизелях, но на метане я видимо первый кто это делаю.
И так поехали, для этого теста я выбрал установку которую мы монтируем на грузовые ТС, ее производительность составляет 6л в минуту при 30А, расчетная мощность моя около 15-23А.

Выбор мощной установки обеспечен тем, что я хочу увести карту газовых впрысков в бедную смесь и заместить максимальное количество газа водородом.

Теперь отойдем от теории и посмотрим на процесс установки. А он получился более чем красивый.

Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1)Первое что делаем, снимаем бампер для монтажа самого электролизера

После долгих совещаний, решили спрятать его под локером, там и обдув присутсвует дял охлаждения, и с точки зрения грязи более менее чисто.

Запчасти на фото: 347700. Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1)Непосредственно сам наш электролизер собственного производства

Два фильтра в системе формальные, для того чтобы вода когда кипит не попадала в двигатель, они скорее индикаторы нежели фильтра.

Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1)Тянем провода в салон

Для полноценных тестов я решил монтировать контроллер прямо в салон чтобы на ходу иметь возможность регулировать подачу водорода в двигатель и наблюдать за показателями через OBD.

Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1)Вот так красиво мы расположили электролизер на кронштейне который делали пол дня. Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1)Перед установкой Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1)Примеряем закроется ли обратно бампер Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1)Пришлось демонтировать фару чтобы удобнее было работать, и вот так мы закрепили наш генератор. Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1) Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1)Вентиляция картерных газов

А теперь самое интересное. Тойота ведь делала штатные водородные модели 🙂 Знаете, завод беломора за сутки может переформатироваться на производство пуль 7.62 тк у беломора похожий диаметр как у пули, так и наша тойота.
Снимаем идиотскую вентиляцию картерных газов, и получаем сосок на который мы будем подавать водород, никаких внештатных внесений изменений в конструкцию ТС, ИДЕАЛЬНО 🙂

Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1)Новая вентиляция

А вентиляцию я по классике на всех своих машинах вывожу просто в низ двигателя чтобы она не пахла у печки и все. Мотору только радость, не будут маслянистую дурь пихать в него, еще и водород до блеска очистит все от нагара включая форсунки.

Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1) Итоговый вариант с готовым монтажом

Остается собрать обратно бампер и приступать к тестам.

Далее в подкапотное пространство с еще одним кронштейном мы крепим довольно большой бачок для воды, такой же ставится на грузовики, но Ярис тот еще грузовик, вы понимаете о чем я 🙂

Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1) Подкапотка с готовым водородным генератором под ключ.

трубка с водородом как я и говорил идет в отверстие которое раньше выполняло роль вентиляции картерных газов через 2 фильтрующих элемента.
Пришлось немало времени потратить на перенос АКБ, мы сместили его ближе к крылу и сделали новое крепление на которое и закрепили бачок, получилось очень красиво я считаю.

Теперь приходим к тесту номер 1. Я взял времена впрыска газа на уровне множителя 1.1, при этом показателе я за более чем 50 настроек ГБО (я сам диагност) добился идеального баланса стехиометрии и скорости горения метана в камерах сгорания. И опускаем данное значение до 0.8 что эквивалентно забеднению смеси на почти 30%. Пока я проехал 20км по городу в пробочном режиме, потери динамики не заметил, откатаю бак и отпишусь по результатам теста.

Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1)Множитель на 100 процентном замещении МЕТАНОМ. Фото в бортжурнале Toyota Yaris (p1)Тестовый множитель с замещением черт его знает сколько водорода и часть метана.

Оборудование ГБО — лучший на рынке 4SAVE (что бы там "мамкины эксперты" не говорили свои ненаучные доводы)
Форсунки ГБО — OMVL GEMINI 2X2
Водородный генератор — собственное производство.

Всем спасибо за внимание, кому интересна тема водорода, ставьте лайк и делитесь записью. Возможно вместе с вами, мои дорогие подписчики мы сделаем какое нибудь научное открытие и развеим тупые мифы от необразованных людей про ГБО и Водород.

Учёные: любой дизельный двигатель можно превратить в водородный

Учёные из Университета Нового Южного Уэльса создали кит-комплект, превращающий обычный дизельный двигатель в практически полностью водородный. Потребление дизельного топлива падает до 10%, а на остальные 90% приходится водород. Теперь учёные утверждают, что могут сделать это с любым дизельным двигателем, ведь механизм работы новой системы впрыска очень простой.

Hydrogen-Diesel Direct Injection

Испытательная установка

Учёные работали над идеей почти два года и смогли представить работающий прототип — дизельный двигатель, который загрязняет атмосферу на 85% меньше обычного. Чтобы этого добиться, профессор Шоун Кук и его сотрудники соорудили систему непосредственного впрыска водорода в цилиндры. По словам инженеров, если просто смешать водород с дизельным топливом, то при сгорании выделится слишком много оксида азота. Чтобы этого избежать, учёные распределили интервал и местоположение впрыска таким образом, чтобы смесь водорода и дизельного топлива сгорала практически без следа.

По словам изобретателей, если перевести все дизельные станки, самосвалы и другую карьерную спецтехнику на водородно-дизельный режим работы, мировые выбросы парниковых газов удастся сократить на 27%. Сейчас дооснащение любого двигателя водородной установкой займёт примерно два месяца, но в дальнейшем эта процедура сможет стать такой же популярной и быстрой, как перевод автомобиля на ГБО.

Учёные надеются получить первые заказы на дооснащение двигателей в течение двух лет и уже ищут инвестора, который заинтересуется в проекте и его потенциальной прибыли.

Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

Фото: Shutterstock

С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.

Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.

Фото:Shutterstock

История развития рынка водородных двигателей

Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.

Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.

В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.

В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.

Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].

Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.

В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.

В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.

Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.

Как работает водородный двигатель?

На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.

Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

Схема работы водородного двигателя

По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

Где применяют водородное топливо?

  • В автомобилях с водородными и гибридными двигателями. Такие уже выпускают Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
  • В поездах. Первый такой был выпущен в Германии компанией Alstom и ходит по маршруту Букстехуде — Куксхафен;
  • В автобусах: например, в городских низкопольных автобусах марки MAN.
  • В самолетах. Первый беспилотник на водороде выпустила компания Boeing, внутри — водородный двигатель Ford;
  • На водном транспорте. Siemens выпускает подводные лодки на водороде, а в Исландии планируют перевести на водородное топливо все рыболовецкие суда;
  • Во вспомогательном транспорте. Водород используют в электрокарах для гольфа, складских погрузчиках, сервисных автомобилях логистических компаний и аэропортов;
  • В энергетике. Электростанции мощностью от 1 до 5 кВт, работающие на водороде, могут обеспечивать теплом и энергией небольшие города и отдельные здания. Например, после аварии на Фукусиме в 2018 году Япония активнее начала переходить на водородную энергетику [9], планируя перевести на водород 1,4 млн электрогенераторов;
  • В смесях с обычным топливом. Например, с дизельным или газовым — чтобы удешевить производство.

Фото:Александр Демьянчук / ТАСС

Плюсы водородного двигателя

  • Экологичность при использовании. Водородный транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид углерода;
  • Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;
  • Бесшумная работа двигателя;
  • Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электрокарами;
  • Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть, запасы которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в нескольких странах. Это позволяет нефтяным государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно для развитых экономик.

Минусы водородного двигателя

  • Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1 [10], а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
  • Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
  • Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых [11]. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.
  • Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз [12], из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения.

Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели и легко воспламеняется. Если он заполнит собой весь капот и салон автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили

Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.

Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.

Водородный транспорт в России

В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.

В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.

Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.

Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».

В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.

Перспективы технологии

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.

Фото:из личного архива

Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.

С одной стороны, в Европе Toyota Mirai II стоит несколько дешевле, чем Tesla Model S (€64 тыс. против €77 тыс.) [18]. Полная зарядка водородного автомобиля занимает около 3 минут — против 30-75 минут для электрокара. Однако вся разница — в обслуживании: Toyota Mirai вмещает 5 кг водородного топлива [19] по цене $8-9 за кг. Таким образом, полный бак обойдется в $45, и его хватит на 500 км — получаем около $9 за 100 км пробега. Для Tesla Model S те же 100 км обойдутся всего в $3.

Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.

Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.

Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].

Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:

  1. Лобби со стороны развитых государств: в США [22], ЕС [23], Японии [24], России [25] и других странах приняты законы в поддержку экологичного транспорта.
  2. Удешевление аккумуляторов: согласно исследованию Bloomberg New Energy Finance, за последние десять лет цены на литий-ионные аккумуляторы упали с $1200 до $137 за кВт·ч.
  3. Развитие инфраструктуры: специальные электрозарядные станции и зарядки в крупных бизнес-центрах, на парковках ТЦ и аэропортов.

Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.

Согласно прогнозу Markets&Markets [28], к 2022 году объем мирового производства водорода вырастет со $115 до $154 млрд. Остается главный вопрос: как быть с инфраструктурой? Чтобы водородные двигатели стали массовыми, нужны сети заправок, трубопроводы для топлива, отлаженные логистические цепочки. Все это пока только зарождается. Но и тут есть позитивные сдвиги: например, канадская Ballard Power по заказу китайского Министерства транспорта запустила пилотный проект, в рамках которого водородное топливо можно будет заливать в обычные АЗС.

Электролизёр в автомобиль: технологический прорыв или надувательство?

Автолюбители по своей природе – народ доверчивый. Многие россияне готовы идти на финансовые жертвы, чтобы подарить своей «ласточке» мыслимые и немыслимые «улучшайзеры». Кто-то устанавливает бесполезные обвесы, иные – льют в «Жигули» сотый бензин. Но находятся и те, кто пытается заставить машину питаться чистейшей водой или воздухом – чтобы ездить бесплатно. Как раз о них сейчас и пойдёт речь.

Зачем нужен электролизёр

Экономить горючее, а значит, деньги своём кошельке, можно множеством способов. Самый очевидный и простой – купить компактную малолитражку на дизеле, ультрасовременном даунсайзанговом бензиновом турбомоторе или на старом добром атмосфернике, а затем легко и без последствий перевести его на пропан-бутан. Ещё один способ, доступный каждому, – экономить десятки и даже сотни литров горючки за счёт экономичной езды. Ни то, ни другое не прельщает? Тогда ваш выбор – чип-тюнинг и всевозможные «улучшайзеры». При должной сноровке и знаниях «накрутить» программу управления двигателем или карбюратор на экономичность действительно можно. А вот с «улучшайзерами» всё обстоит куда интереснее.

Автолюбители старой закалки помнят, какой повальной модой в своё время пользовались завихрители топлива и воздуха. Эти игрушки раскупались не хуже брызговиков с кричащей надписью Sparco, благо, продавались они примерно в тех же местах. Но на дворе XXI век, и этими девайсами автолюбителей уже не удивишь! В эпоху электрокаров и гибридов нужно нечто особенное!

И такое решение есть. Представьте, что вашу старенькую «Жигу» или простенький «Солярис» можно запитать… заправским водородом. Без глобальной переделки, топливных ячеек, электромоторов и батарей. Не полностью, конечно, а частично! Представили? Это доступно каждому. Достаточно купить нехитрое устройство – электролизёр – и интегрировать его в свою «ласточку» прямо на даче или в гараже.

Как это работает

Первые электролизёры для автомобилей начали проникать на наш рынок с добрый десяток лет назад. По задумке, система должна вырабатывать водород из обычной воды, а подача «бесплатного» газа в двигатель – снижать расходы традиционного топлива. Притом не важно, какого – бензина, дизеля или газа. Вырабатываемый водород подаётся в двигатель через впускной коллектор. Увеличивается октановое число смеси топлива и воздуха, что учитывается блоком управления двигателя и позволяет впрыскивать форсункам меньше бензина или дизеля. Производители таких девайсов сулят экономию топлива до 20–30, а порой и до 50% (в зависимости от наглости), снижение выбросов СО2 и кучу иных фантастических эффектов.

Устройство системы просто до безобразия. Её может установить собственноручно почти каждый «рукастый» автовладелец. Главная деталь – сам электролизёр – представляет собой герметичный корпус с закреплёнными внутри электродами. На электроды через специальный контроллер подаётся электрический ток из бортовой сети. Под воздействием тока в залитом внутрь электролите начинают разлагаться трёхатомные молекулы воды. На одном из электродов образуется кислород, а на другом – водород. Гремучая смесь по специальному шлангу через фильтр-осушитель подаётся в коллектор, где смешивается с атмосферным воздухом и сгорает в моторе. Также в системе имеется специальный бачок для заправки электролита. В автомобилях обычно используется проточная схема: электролит, лишённый газа, через вторую трубу снова возвращается в ёмкость.

© Скриншот с ролика YouTube

Казалось бы, вполне работоспособная схема. В теории – да, но на практике это, скорее, обычная безделушка.

О чём не принято говорить

Начнём с того, что установка электролизёра – это грубое вмешательство в конструкцию транспортного средства. Установить систему легально можно лишь в одном случае: при получении на то разрешении от ГИБДД, сертифицированной испытательной лаборатории и последующем внесении сведений об изменении транспортного средства в документы на автомобиль. При невыполнении этих требований вас ждут проблемы с техосмотром и даже снятие машины с учёта, при условии, что под капот заглянут сотрудники ГИБДД, не считая штрафа в 500 рублей. Второй момент связан с тем, что никакой реальной экономии топлива вы не получите, несмотря ни на какие обещания ушлых продавцов таких девайсов. И вот почему.

По подсчётам специалистов, электролизёр на борту автомобиля в среднем производит около трёх литров газа в минуту. На три литра гремучего газа содержит два литра чистого водорода и один литр чистого кислорода. Энергетическая ценность одного литра водорода ничтожна – 0,01 МДж. Чтобы выработать этот газ, напомним, нужно потратить электричество – порядка 10 ватт в минуту. А электроэнергия в автомобиле вырабатывается путём сжигания всё того же топлива, которое вы стремитесь сэкономить. Спалив в движке три литра гремучего газа или два литра чистого водорода, можно получить порядка 0,02 МДж энергии, то есть около шести ватт. Иными словами, расход топлива не уменьшится, а, скорее, даже повысится.

Получить реальный экономический эффект от применения электролизёра на автомобиле практически невозможно. При этом вы потратите немалые средства на приобретение безделушки, внесёте изменения в конструкцию ТС (лишние отверстия во впускном коллекторе и врезка в бортовую электрическую сеть чреваты серьёзными неприятностями) и будете вынуждены покупать электролит или дистиллированную воду для его приготовления, а зимой – ещё и спирт для предотвращения его замерзания.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *