Аккумуляторы являются важнейшим компонентом современных технологий, которые хранят и выделяют энергию, что делает их незаменимыми для смартфонов, ноутбуков и даже электромобилей.
Силовые батареи в последнее время претерпели изменения с точки зрения производительности и эффективности. Одним из таких достижений является начало водородный топливный элемент технология, которая набирает популярность благодаря своему потенциалу для обеспечения устойчивой энергии. В отличие от обычных ископаемых видов топлива, водородная энергетика является альтернативным транспортным топливом с нулевым уровнем выбросов и возобновляемым источником энергии.
Эта технология относительно новее, чем стандартные электромобили, которые в последнее время набирают популярность. С 2015 года только три автомобильные компании продавали автомобили с водородным двигателем, при этом самые высокие продажи составили чуть более 10,700 XNUMX автомобилей двух поколений. Этими тремя автомобильными компаниями являются Hyundai, Honda и Toyota.
Примечательно, что популярные медиа-компании, такие как CNN, сделали репортажи о водороде. Например, один из их последние статьи раскрыла планы между RWE, одним из производителей электроэнергии в Германии, и норвежской государственной энергетической компанией Equinox по строительству водородных электростанций в Германии в течение следующих нескольких лет, включая трубопровод для их транспортировки.
Опять же, другой отчет охватывает заявление авиационной компании Airbus, которая публично объявила о разработке двигателя на водородных топливных элементах в рамках своей инициативы по запуску самолета с нулевым уровнем выбросов к 2035 году. Все это усилия по стимулированию технологического роста.
Содержание
Что такое технология водородных топливных элементов?
Какие автомобили могут использовать водородную энергетику?
Каково будущее технологии водородных топливных элементов?
Заключение
Что такое технология водородных топливных элементов?
Технология водородных топливных элементов использует электрохимический процесс, который преобразует химическую энергию водорода и кислорода в электрическую энергию.
Это достигается за счет использования стека топливных элементов, ряда отдельных топливных элементов, производящих небольшое количество электроэнергии, которые суммируются для увеличения электрической энергии.
Принцип выработки электроэнергии основан на окислительно-восстановительной реакции водорода и кислорода. Газообразный водород вводится на анод, а кислород поступает через катодную сторону топливного элемента. Оба газа разделены электролитом, который пропускает положительно заряженные ионы без смешивания газов.
Затем водород вступает в контакт с катализатором, размещенным на аноде, и окисляется с образованием протонов (положительно заряженных ионов водорода) и электронов (отрицательно заряженных ионов водорода). Протоны проходят через электролит к катоду, а электроны, которые не могут пройти через электролит, вынуждены двигаться по цепи к катоду. Этот поток ионов создает электрический ток.
На катоде происходит восстановление кислородом, реагирующим с полученными протонами и электронами с образованием воды. Общая реакция высвобождает электрическую энергию через поток этих ионов, которые либо используются для питания электродвигателя, приводящего в движение автомобиль, либо для зарядки небольшого литий-ионный аккумулятор что экономит энергию для использования позже.
Эта батарея также захватывает энергию от реформирующей тормозной системы автомобиля и сохраняет избыточную энергию, высвобождаемую из топливного бака во время вождения с низким энергопотреблением.
Какие автомобили могут использовать водородную энергетику?
Технология водородной энергетики в основном используется в автобусах и грузовиках на текущем уровне применения. Однако развертывание очень низкое, поскольку несколько факторов, таких как высокая стоимость и ограниченная инфраструктура, препятствуют расширению этой технологии.
Тем не менее, транспортные средства, работающие на водороде, имеют определенные преимущества, недоступные их аналогам, работающим на водороде. Во-первых, автобусы, работающие на водородном топливе, не выделяют вредных загрязняющих веществ или парниковых газов, как обычные автомобили. Это потому, что химический процесс клеток высвобождает только водяной пар и тепло в качестве побочных продуктов, что делает их чистой альтернативой ископаемому топливу.
Кроме того, автобусы на водородном топливе работают плавно и тихо, без вибрации и шума, характерных для традиционных транспортных средств. Эти батареи HFC также имеют более высокую плотность, поэтому они могут работать дольше и обеспечивать лучшую производительность автомобиля.
На момент написания этой публикации типичные транспортные средства, работающие на водороде, могут проехать 300-400 миль без дозаправки, в то время как средний электромобиль может проехать всего 250 миль. Более того, время их заправки занимает всего несколько минут и значительно меньше по сравнению со средними электромобилями, для перезарядки которых может потребоваться несколько часов.
К сожалению, технология водородной энергетики имеет несколько недостатков. Каким бы устойчивым ни казалось водородное топливо, производство и хранение самого водорода дороже, чем традиционное дизельное топливо и бензин. Несмотря на то, что водород является самым распространенным элементом во Вселенной, он никогда не бывает чистым.
Из-за своей атомарной природы он всегда сочетается с другими элементами, которые бывает трудно разделить. Например, для получения энергии водорода из природного газа (CH4) требуется огромная мощность для «расщепления» и выброса CO2 в качестве побочного продукта.
Следовательно, эффективность промышленного производственного процесса относительно низка, а это означает, что для производства и транспортировки топлива требуется больше энергии, чем энергии, которую оно обеспечивает. Это приводит к вопросу о том, действительно ли она устойчива.
Кроме того, водородных заправок очень мало, что отпугивает водителей от дальних поездок. Например, статистика показывают, что количество водородных заправочных станций в Калифорнии составляет всего 60. Между тем, традиционный газ имеет более 100,000 XNUMX хорошо развитых заправочных станций по всей стране.
Стоимость водородного топлива также высока: от 10 до 17 долларов США по сравнению с автозаправочными станциями, стоимость которых варьируется от 5 до 8.50 долларов США за галлон. Кроме того, существуют опасения по поводу безопасности заправочных станций водородом, поскольку водород может быть легко воспламеняющимся, если с ним не обращаться должным образом.
Каково будущее технологии водородных топливных элементов?
Несмотря на свои недостатки, спрос на автомобили с водородным двигателем может увеличиться в течение следующих нескольких лет, поскольку проблемы загрязнения воздуха и изменения климата продолжают расти. Это увеличение связано с его статусом с нулевым уровнем выбросов, что способствует переходу на более чистые варианты транспортировки.
Аналогичным образом ожидается, что технологические достижения повысят эффективность, экономичность и надежность водородных топливных элементов, что сделает транспортные средства на водороде более привлекательными и доступными для потребителей.
Правительство и частные компании также вкладывают средства в строительство дополнительной инфраструктуры, такой как заправочные станции. Следовательно, в последующие годы люди с большей вероятностью пересядут на водородные автомобили.
Но это не все. В условиях, когда во всем мире надвигается нынешний энергетический кризис, правительства быстро реализуют стратегии, ориентированные на будущее. В результате они инвестируют в СПГ и новую инфраструктуру природного газа, освобождая место для будущего внедрения чистой водородной энергии.
Если к 2030 году все текущие проекты будут успешно запущены, производство низкоуглеродного водорода может увеличиться до 16-24 млн тонн в год. Исходя из этих прогнозов, на зеленый водород из электролизеров будет приходиться 9-14 Мт, а на голубой водород - 7-10 Мт.
Однако сектор водородной энергетики постоянно страдает от непоследовательной нормативно-правовой базы, неопределенности в отношении будущих потребностей и нехватки оборудования для транспортировки водородных топливных элементов. К сожалению, только 4% новых проектов достигли окончательного инвестиционного решения или находятся в разработке.
Хотя годовая мощность электролизера в 2022 году увеличится до 8 гигаватт, к 60 году она может достичь 2030 гигаватт в год, если все новые проекты будут реализованы. Что еще более важно, к 70 году может произойти потенциальное падение цен на 2030% в случае увеличения производственных мощностей, последствия которого будут аналогичны неожиданному падению цен, которое помогло ускорить рост солнечной и ветровой энергии.
Хотя будущее выглядит многообещающе, необходимо отметить, что производство чистого водорода развивается недостаточно быстро, чтобы к 2050 году достичь нулевых выбросов МЭА. -цена, низкоуглеродная водородная энергия.
Заключение
Транспортные средства на водороде, безусловно, многообещающие изобретения. Хотя эта технология все еще находится в зачаточном состоянии, она, несомненно, обладает потенциалом для создания жизнеспособного и устойчивого решения кризиса, связанного с изменением климата.
Эта статья предоставила информацию об этой новой и вдохновляющей области, и даже несмотря на многочисленные препятствия, транспортная отрасль может с оптимизмом смотреть на влияние этой технологии в ближайшем будущем.
