УДК 62.622

Преимущества и недостатки водорода как топлива для двигателей внутреннего сгорания

Здвижков Иван Олегович – студент Института высоких технологий Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта.

Аннотация: В статье рассматривается тема «Преимущества и недостатки водорода как топлива для двигателей внутреннего сгорания». Рассмотрены различные аспекты использования водорода в качестве топлива для внутреннего сгорания такие как экономическая эффективность, экологические преимущества, технические аспекты, безопасность и перспективы развития водородной энергетики.

Ключевые слова: водород, топливо, внутреннее сгорание, преимущества, недостатки, экономическая эффективность, экология, технические аспекты, безопасность, перспективы.

С техническим прогрессом автомобилестроение развивается, и к нему предъявляют все более высокие требования, от надежности, практичности и низких эксплуатационных расходов до дизайна, комфорта, безопасности и экологичной эксплуатации. В большинстве современных стран мира средства транспорта, как личные, так и общественные или коммунальные, получили широкое распространение, люди не представляют жизни без транспортных средств и перевозимых ими грузов.

Это значительное расширение и усложнение автопарка заставляет все больше внимания уделять экологичности транспортных средств. В крупных городах ситуация с твердыми частицами в воздухе, вызывающими проблемы со здоровьем, становится критической. Также нельзя пренебрегать влиянием сжигания ископаемого топлива на климат всей планеты. Цена на нефть растет в связи с истощением ее запасов в доступных местах, добыча становится дороже. В результате в автомобильной и транспортной промышленности в настоящее время можно наблюдать множество тенденций по повышению эффективности двигателей и снижению расхода топлива – уменьшение рабочего объема двигателя, турбонаддув, применение гибридных систем привода или переход на другие виды топлива (природный газ, этанол, смешивание биокомпонентов для топлива и т.п.).

Однако ни одно из этих новшеств не решит полностью связанные с ним проблемы, поэтому предпринимаются усилия по разработке альтернативных двигателей, для работы которых не потребуется ископаемое топливо. Это электромобили, автомобили с пневматическим приводом или автомобили, работающие на водороде.

Водород является перспективной альтернативой ископаемому топливу в качестве чистого и эффективного топлива. Он представляет собой легко воспламеняющийся газ, который можно использовать для питания двигателей внутреннего сгорания[1].

Одним из наиболее значительных преимуществ использования водорода в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания является отсутствие выбросов парниковых газов [2]. Единственным побочным продуктом сгорания является водяной пар, что означает, что двигатели, работающие на водороде, могут помочь уменьшить загрязнение воздуха и смягчить последствия изменения климата.

Помимо экологичности, несмотря на низкую плотность, водород имеет очень высокую плотность энергии, примерно в 3 раза большую, чем бензин, и в 2 раза большую, чем дизельное топливо [3]. При сжигании в двигателе внутреннего сгорания водородное топливо имеет гораздо более высокую энергоотдачу на единицу веса, чем ископаемое топливо, что приводит к большей мощности и эффективности.

Производство водорода с использованием возобновляемых источников энергии является одним из ключевых преимуществ его использования в качестве топлива. Производство водородного топлива из возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца, позволяет сократить выбросы парниковых газов и уменьшить зависимость от нефти и других ископаемых топлив [4]. Кроме того, его можно производить из различных источников, включая биомассу, природный газ и даже воду, что означает, что водород можно производить практически везде.

Водород можно использовать для питания широкого спектра двигателей внутреннего сгорания, включая те, которые используются в легковых и грузовых автомобилях, автобусах и поездах. Его также можно использовать для питания стационарных двигателей, что делает его универсальным источником топлива [5].

Несмотря на существующие преимущества, есть ряд возникающих вопросов и недостатков:

Стоимость: Стоимость производства и хранения водородного топлива все еще относительно высока по сравнению с ископаемым топливом [6]. Процесс производства требует значительного количества энергии, а инфраструктура для транспортировки и хранения водорода все еще находится на ранних стадиях развития.

Вопросы безопасности: Водород очень огнеопасен и требует специальных процедур обращения и хранения для обеспечения безопасности [7]. Кроме того, при неправильном обращении с водородом существует риск взрыва, что может представлять опасность для людей и инфраструктуры.

Ограниченная инфраструктура: Инфраструктура для производства, хранения и транспортировки водорода еще не получила широкого распространения, что ограничивает его использование в качестве источника топлива [8]. Развитие этой инфраструктуры потребует значительных инвестиций и времени.

Низкая энергоэффективность: Хотя водород имеет высокую плотность энергии, процесс его производства и транспортировки все еще неэффективен [9]. Это означает, что выход энергии водорода не так высок, как мог бы быть, что ограничивает его потенциал в качестве источника топлива.

Водород - перспективный источник топлива, который обладает многочисленными преимуществами перед ископаемым топливом. Чистые выбросы, высокая плотность энергии и универсальность делают его привлекательным вариантом для питания двигателей внутреннего сгорания. Однако стоимость, проблемы безопасности и ограниченная инфраструктура, связанная с производством и транспортировкой водорода, все еще представляют значительные трудности. По мере развития технологий и инфраструктуры водород имеет потенциал стать жизнеспособной альтернативой ископаемому топливу.

Список литературы

  1. А. С. Никифорова, М. В. Самарин. Водород как перспективное топливо для транспорта // Вестник Томского государственного университета. - 2013. - №1 (19). - С. 99-104.
  2. И. А. Толкачева, Ю. И. Чернышев. Водородное топливо: преимущества, недостатки, перспективы // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. - 2018. - Т. 21. - №1.
  3. А. В. Лебедев, А. В. Шиманский. Водород как альтернативное топливо // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2018. - Т. 61. - № 4. - С. 98-103.
  4. О. С. Фролова, Н. Ю. Гафф. Производство водорода из возобновляемых источников энергии и его применение // Наука и образование: современные технологии. - 2018. - № 1. - С. 80-82.
  5. А. Ю. Солодов, В. Н. Яшков. Использование водорода как перспективного топлива для внутреннего сгорания // Машиностроение, оборудование и технологии переработки. - 2016. - № 4 (20). - С. 20-25.
  6. В. А. Меркушкин, И. Ю. Хорев, М. В. Хорев. Сравнительный анализ стоимости производства водорода и использования его в качестве топлива для транспорта // Вестник Научно-технического развития. - 2019. - № 4. - С. 17-21.
  7. А. Е. Зубков, Д. Ю. Попов, Н. А. Таранова. Проблемы безопасности транспортировки и использования водорода в качестве топлива // Вестник Омского государственного технического университета. - 2016. - № 2 (62). - С. 61-66.
  8. Н. В. Захарченко, А. С. Галкин, Н. П. Приходько. Тенденции развития рынка водородной энергетики // Экономика и менеджмент: проблемы, решения. - 2021. - № 1. - С. 83-93.
  9. Е. А. Семенчук, А. Е. Бойко, Д. И. Максименко. Экологический потенциал использования водорода в качестве топлива // Автомобильный транспорт. - 2018. - № 42. - С. 33-38.

Интересная статья? Поделись ей с другими: