Статья  №1

Прежде всего договоримся о терминах. Читатели блога фирмы «Механика» - люди въедливые, технически грамотные, а потому вправе рассчитывать только на корректную терминологию. Итак…

Случился у меня спор. И ладно бы со студентом, так нет – с человеком солидным, специалистом по грузовым перевозкам. Он заявил, что грузовик Nikola Tre, представленный недавно компанией Nikola Motor, имеет водородный двигатель.

Нет, говорю, там никакого водородного двигателя. А есть электрохимический генератор на водородных топливных элементах (ТЭ). Это электрический грузовик!

Оппонент не согласился, утверждая, что водородный двигатель у Nikola Tre все же есть, а я путаю этот автомобиль с Tesla.

Ну, спасибо, родной. Что ж, давайте разберемся, какими же двигателями, а точнее – энергетическими установками оснащаются водородные грузовики Nikola. И вообще автомобили с ТЭ.

Автомобиль на водороде 

Использовать водородное топливо в автомобиле можно двумя способами:

• сжигать в камерах сгорания поршневых двигателей;

• направлять водород в электрохимический генератор (другое название – топливные элементы). Генератор вырабатывает электрическую энергию, которая подается на электродвигатель.

Рассмотрим оба варианта подробнее.

Решение первое: сжигать в цилиндрах

Президент Национальной Ассоциации водородной энергетики (НАВЭ) Александр Раменский рассказал мне, что в СССР работы по исследованию водорода в качестве моторного топлива начались в 1935 году.

Практическое же применение водорода как моторного топлива началось в 1941 году в блокадном Ленинграде. Техник-лейтенант Б. И. Шелищ предложил использовать водород, «отработавший» в аэростатах, в качестве топлива для двигателей автомобиля ГАЗ-АА. История эта такова.

Заградительные аэростаты поднимались на высоту до 5 км. Для опускания аэростатов, частично потерявших подъемную силу, требовалась большая мощность. Эта операция осуществлялась посредством лебедки, установленной на автомобиль ГАЗ-АА, двигатель которого и вращал лебедку. И работал этот двигатель на водороде.

В наши дни сторонником сжигания водорода в цилиндрах ДВС выступила компания BMW. На ряде международных автосалонов компания продемонстрировала свое достижение в этой области – одноместный  рекордный автомобиль BMW H₂R.

Он оснащался хорошо известным 6-литровым 12-цилиндровым V-образным двигателем с системой Valvetronic – но адаптированным под питание водородом.

Однако добиться идеального транспортного средства с точки зрения экологии при сжигании водорода в цилиндрах не получается. Отработавшие газы водородных BMW все же содержат некоторое количество токсичных оксидов азота. Они образуются в вследствие высокой температуры в камере сгорания.

И все же вариант BMW хорош тем, что конструкция автомобиля и двигателя в целом не меняется. Основные усилия направляются на создание принципиально новой топливной аппаратуры.

Решение второе: вырабатывать электричество  

В этом случае водород в цилиндрах не сжигают. Их вообще нет, цилиндров.

Основными компонентами автотранспортного средства являются электрохимический генератор (ЭХГ) на водородных топливных элементах, буферная аккумуляторная батарея, электрический мотор-генератор, управляющая и силовая электроника – последняя предназначена для коммутации силовых электрических цепей.

При динамичном разгоне батарея приходит на помощь ЭХГ. Кроме того, она используется для запуска генератора, а также для накопления энергии, вырабатываемой при торможении (режим рекуперации).

Кроме водорода, для функционирования топливных элементов необходим кислород. Он поступает в ЭХГ вместе с воздухом, который предварительно очищается от углекислого газа. А ключом к успеху служит совершенствование характеристик топливных элементов.

Последствия такого применения водорода – водяной пар. При этом никаких токсичных компонентов или парниковых газов не образуется. А если получать водород методом электролиза, то вообще прекрасно – происходит круговорот воды.

Да, в экологическом отношении топливные элементы предпочтительнее водородных ДВС, поэтому большинство исследований и разработок идет именно в направлении ТЭ.

И где же водородный двигатель?

А теперь вернемся к началу разговора. Какой же двигатель имеют автомобили с водородными ТЭ?

Прежде чем ответить, зададим другой вопрос: что такое двигатель? В технической литературе есть строгое определение: двигатель – это энергосиловая машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу.

Так вот: в автомобилях с ТЭ в механическую работу преобразуется электрическая энергия. Двигатель у этих транспортных средств – электрический. А электричество вырабатывают те самые водородные топливные элементы.

А коль двигатель электрический, значит, речь об электромобиле? Именно так. Это электромобиль с автономной электростанцией на борту.

Можно представить и формальные, если хотите – юридические доказательства. Читаем внимательно Между­народный стандарт IEC/TS 62282-1:2010 «Технологии топливных элементов. Часть 1. Терминология».

Цитируем: «ТСТЭ представляет собой электрическое транспортное средство (электромобиль), в котором энергетическая система на топливных элементах подает питание на электродвигатель для приведения транспортного средства в движение».

Так что как ни крути, автомобили с водородными ТЭ – это электромобили. И двигатели у них – электрические, а не водородные.

А вот у описанного выше BMW H₂R двигатель действительно водородный. Потому что это ДВС, работающий на водороде. Точно также, как ДВС, работающий на бензине, мы назовем бензиновым двигателем, на дизельном топливе – дизельным, а на метане – газовым.

(продолжение следует)