Новая забытая технология ДВС. Когда появились водородные двигатели

Вопреки распространённому мнению, технология водородных двигателей — не новейшая разработка. Патент Бенца на первый автомобиль с бензиновым двигателем появился в 1885 году, а первая версия водородной силовой установки — на 80 лет раньше. Изобретатели уже две сотни лет видят потенциал в использовании самого распространённого природного ресурса на планете и превращении его в источник энергии. И путь к нынешним результатам был долгим. Обзор водородных технологий Водород как источник энергии может использоваться двумя способами: как источник сгорания в ДВС или как элемент, создающий химическую реакцию в топливном элементе. Водородное сгорание намного функционирует почти так же, как бензиновый или дизельный двигатель: водород смешивается с воздухом, а затем добавляется искра в качестве источника зажигания. Поскольку водород очень энергоёмкий, его тепловая эффективность выше, чем у бензина, и схожа с дизельным топливом. Но самое главное — вместо вредных газов основным выхлопом является вода. В качестве источника энергии для электромобилей используется технология водородных топливных элементов, в которых энергия вырабатывается в результате химической реакции молекул водорода и кислорода с образованием электрической энергии. Она поступает в небольшие аккумуляторные батареи, а затем передаётся электродвигателям. На бумаге эти технологии звучат как решение всех проблем, связанных с выбросами и борьбой за экологию. Но есть причина, по которой мы ещё не все ездим на водородных автомобилях. Нынешний процесс получения водорода экономически неэффективный и вызывает высокий уровень загрязнения воздуха. Кроме того, хранить жидкий водород достаточно трудно. Первые водородные автомобили Первые изобретения, которые сейчас мы считаем транспортными средствами, работающими на водороде, приводились в движение за счёт сгорания топлива. Они появились ещё во времена правления Наполеона Бонапарта. В 1806 году швейцарский изобретатель по имени Франсуа Исаак де Риваз изобрёл первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на смеси газообразного водорода и кислорода. Через год, в 1807 году, он установил свой двигатель в автомобиль и смог проехать на нём короткое расстояние. Успешное испытание сделало этот автомобиль первым в истории транспортом, работающим на водороде. Но более важно, что он претендует на звание первого в истории двигателя внутреннего сгорания, хотя это и оспаривается. Прошло почти 50 лет, прежде чем был создан следующий успешный автомобиль, на этот раз Этьеном Ленуаром из Франции в 1860 году. Он использовал крошечный одноцилиндровый двухтактный двигатель, который получал топливо из водорода благодаря электролизу. В первое путешествие изобретатель отправился в 1863 году. Открытия Ленуара задали тон следующим достижениям. Развитие технологии в 20 веке Интересы сместились, и основным источником топлива стал бензин. Но во время Второй мировой войны Советский Союз вернулся к водородной технологии. Чтобы защитить Ленинград от бомбардировок, над городом поднимались аэростаты, заполненные водородом. Они находились на высоте выше километра, а тросы закреплялись на наземном транспорте. Эти заграждения мешали немецким пилотам снижаться над городом для прицельных атак — самолёты могли зацепиться за тросы, тем самым спровоцировав взрыв. Из-за того, что город был отрезан от страны, поставки бензина в Ленинград прекратились, поэтому пришлось переоборудовать грузовики, на которых держались аэростаты, на водородную смесь. Советский патент на автомобильный двигатель, работающий на водородном топливе, был оформлен Борисом Шелищ в 1941 году. Затем ту же технологию применили в Москве. Но когда поставки бензина были восстановлены, о водородном топливе в СССР забыли до 1960-х гг. Когда в 60-70 гг. по миру распространился топливный кризис, в Советском Союзе снова вернулись к изучению водорода в качестве источника энергии. Тогда были представлены прототип микроаатобуса РАФ 22031 и экспериментальный вариант самолёта Ту-155, работающие на водороде. В США в 1966 году Роджер Биллингс переоборудовал Ford Model A для работы на водороде в рамках проекта научной ярмарки. В том же году компания General Motors представила Electrovan — первый в истории автомобиль на водородных топливных элементах. Жидкий водород и кислород в двух массивных резервуарах увеличил вес автомобиля до 3,1 тонны. Несмотря на свой вес, он вырабатывал достаточно энергии, чтобы фургон мог проехать около 190−240 км и даже разогнаться до 112 км/ч. На первый взгляд, это был оглушительный успех, но из-за непомерной стоимости проекта и отсутствия водородной инфраструктуры GM решила отказаться от него. В 1970-х гг. появилось ещё больше автомобилей с водородным двигателем. Например, Роджер Биллингс создал Brigham Young Superbeetle и заявил, что выбрасывает в атмосферу больше воздуха, чем всасывает. Несколько лет спустя он использовал свой опыт для создания Cadillac Seville с водородным двигателем, который был представлен на инаугурационном параде президента Джимми Картера в 1977 году. В 1979 году BMW выпустила модель 520h, которая могла работать на жидком водороде или бензине, и оснащалась 3,5-литровым двигателем с прямым впрыском. В 1984 году Mercedes выпустил 280 TE Wagon и TN 310 Van, которые могли работать на сжатом водородном топливе и выдавали более 100 л.с. Японии выпустила 10 прототипов водородных двигателей за 23 года с 1974 по 1997 гг. Это были первые водородные автомобили в стране, и все они приводились в движение за счёт сгорания водорода. В конце 90-х гг. свои разработки представили Toyota, Mazda, Opel и Renault. Новейшие автомобили с водородными двигателями Повальное увлечение прототипами продолжалось и в 2000-х годах, но акцент сместился с водородного сгорания к водородным топливным элементам. Это произошло благодаря прорывам в области электромоторов, дизайна батарей и упаковки водорода. Плоды этих конструкторских достижений привели к тому, что в 2002 году были представлены Toyota FCHV и Honda FCX, работающие на топливных элементах. Автомобили можно было арендовать для частных нужды. Это стало первым случаем, когда коммерческий автомобиль на водородных топливных элементах прошёл государственные сертификации. В течение следующего десятилетия Toyota, Honda и Hyundai пытались превзойти друг друга. Honda стала первой с FCX Clarity в 2008 году, заявив, что это первый в мире автомобиль на водородных топливных элементах, созданный с нуля для массового производства. В 2013 году Hyundai выпустила Tucson FCEV и заявила то же самое, хотя цифры продаж так и не стали массовыми. В 2014 году Toyota представила Mirai и заявила, что это первый в мире серийный автомобиль на топливных элементах. Он всё ещё выпускается и продаётся. Мощность автомобиля составляет 182 л.с., она передаётся на задние колёса с помощью электромотора. Запас хода феноменальный — 647 км для модели в топовой комплектации. Кроме того, автомобиль оснащён множеством современных технологий. В 2022 году Toyota представила концепт Corolla Cross Hydrogen — кроссовер с водородным двигателем, в основе которого лежит новый тип ДВС. Позже автопроизводитель показал прототип электрического Hilux на водородных топливных элементах с прогнозируемым запасом хода в 600 км. В ноябре 2023 года Toyota выпустила модель Crown с водородным двигателем и запасом хода 820 км. Будущее технологии В Европе планируется построить завод Hydrogen Factory Europe, который будет производить системы на водородных топливных элементах. Международный консорциум Hydrogen Council объединяет Alstom, Daimler, BMW, Toyota и Air Liquide. Ассоциация уже инвестировала 5 млрд долларов во внедрение водородных решений в автомобильную промышленность. BMW в настоящее время проводит испытания внедорожника iX5 на водородных топливных элементах в самых суровых климатических условиях на планете. В Японии Toyota с большим успехом участвует в гонках GR Corolla на водородном топливе в серии Super Taikyu Series, и за несколько лет производительность автомобиля значительно улучшилась. Компании Pininfarina и AVL анонсировали проекты водородных двигателей внутреннего сгорания с поразительными показателями мощности. Водородная технология сейчас находится на том уровне, где электромобили были чуть более 10 лет назад. Чтобы она стала жизнеспособной и массовой, потребуются политическое финансирование и большее количество автомобилей, чтобы увидеть, как развивается инновация.