Водородните автомобили – бъдещето на автомобилната индустрия, което обещава нулеви емисии и устойчивост

Темите за устойчивото развитие, чистият въздух и опазването на околната среда са основополагащи за всички бързо развиващи се индустрии, каквато е и автомобилната. На този фон екологично чистите автомобили са бъдещето, а и донякъде настоящето. Електрическите автомобили не са новост – вече почти всеки производител предлага модели, задвижвани изцяло от електричество, които са достъпни за масовия потребител. Но въпросът е съществува ли друг вид екосъобразни автомобили? Отговорът е да. Безшумни и изключително чисти, водородните автомобили са актуалната иновация в сектора. Но как работят те и подходящи ли са за масова употреба, Ви разказваме в следващите редове.

Два са основните начини за задвижване на съвременните автомобили. Единият е добре познатият на всички ни двигател с вътрешно горене, който се използва от повечето автомобили. Той обаче не се вписва в идеите за зелено бъдеще. Другият вид задвижване е чрез електричество. От друга страна, автомобилите, задвижвани от електричество, разчитат на батерии вместо на двигатели. Нека не забравяме и хибридните автомобили, които пък имат както стандартен двигател с вътрешно горене, така и електродвигател.

Но как работят водородните автомобили?

Водородните автомобили се задвижват от специални горивни клетки, които са „кръстоска“ от двигател с вътрешно горене и електрическа батерия. Голямата разлика е, че те също произвеждат топлина и енергия, като използват горивото от резервоара на автомобила, но в него вместо бензин или дизел има водород под налягане.

Интересното е, че горивните клетки не изгарят водорода – той се свързва химически с кислорода от въздуха, в резултат на което се получава вода. В същото време се генерира и електричество, което се използва за захранването на мотора. И тук идва може би най-впечатляващата част. Единственото, което отделят водородните автомобили, е вода – при това толкова чиста, че съвсем спокойно може да се пие!

Светът се стреми към нулеви нетни емисии до 2050 г. и водородът претендира да бъде най-добрата опция в този преход. Разработките и изследванията до момента показват, че той има потенциала да декарбонизира автомобилната индустрия. В Китай например си бяха поставили за цел до края на 2025 г. да имат 50 000 превозни средства, задвижвани от горивни клетки, и целта им е почти достигната. В края на миналата година са записани 30 000 автомобила с водородни горивни клетки.

Видове горивни клетки

Горивните клетки са „сърцето“ на водородните автомобили. Те обаче могат да бъдат различни видове. В момента най-предпочитаните от автомобилните инженери са РЕМ горивните клетки, но те не са единственият вариант. Космическите кораби например използват по-опростен дизайн, наречен алкална горивна клетка (AFC). Друга разновидност, която се използва за генерирането на по-големи количества енергия, са твърдооксидните клетки (SOFC). Любопитен дизайн е и този на микробните горивни клетки. Те използват резервоар, пълен с бактерии, които разграждат захар, органична материя или гориво, за да генерират електрически ток или водород. Друга алтернатива е соларен панел, разположен на покрива на автомобила. При този дизайн соларният панел използва слънчевата енергия, за да разделя водата на водородни и кислородни газове с помощта на електролизатор.

Как ще набавяме достатъчно количество водород?

Водородът е най-простият и най-разпространен химичен елемент, който е градивен елемент на по-голямата част от цялата материя на Вселената. Но има уловка. Ако се опитаме да се разровим из въздуха около нас ще видим, че има само около един литър водород на всеки милион литра въздух. И тук идва въпросът как ще си набавим достатъчно водород, за да захранваме всичките си автомобили. Решението – ще си го създаваме сами!

За да си създадем сами водород ни трябва само вода! Разделяме добрата стара H₂0 на съставните ѝ части – H₂ и О₂ и сме готови. А как да го направим? С помощта на елетролизатор, разбира се.

Защо водородните автомобили все още не са масови?

Още от 60-те години на миналия век горивните клетки са спрягани за следващото „голямо нещо“ в захранването. По това време космическите ракети „Аполо“ са първите, които демонстрират, че технологията е практична и използваема. Но четири десетилетия по-късно все още не можем да видим масово автомобили, задвижвани от горивни клетки. Причините са няколко.

Първата и най-основна е, че производителите на автомобили са се концентрирали над производството на бензинови двигатели, защото са по-евтини и по-добре тествани. Но цената не е единствената пречка. В наши дни установената икономика, базирана на петрол, поддържа стандартните бензинови двигатели. Но на практика няма бензиностанции, които да доставят водород под налягане.

Световната индустриална организация The Hydrogen Council обаче прогнозира, че до 2030 г. ще се използват 13 млн. превозни средства с водородни клетки, включително 1 милион микробуси, камиони и автобуси. Германия, Китай и САЩ са начело на водородните иновации и постигат впечатляващ напредък във внедряването на водородната инфраструктура, като привличат значителни инвестиции. Важно е да отбележим, че и България има специална асоциация, която работи за развитието на чиста водородна икономика у нас. Българската асоциация за водород, горивни клетки и съхранение на енергия (BCH2A) подкрепя технологиите за горивни клетки, съхранение на енергия и нисковъглероден транспорт. Асоциацията е член на организацията Hydrogen Europe и Алианса за чист водород.

Водородните автомобили в моторните спортове

Toyota е една от автомобилните компании, която въвежда течното водородно гориво в моторните състезания. Най-новият им автомобил е GR Corolla. Традиционните водородни системи отделят изпарения водород във въздуха, докато системата на Toyota работи за улавяне и повторно използване на отделения газ, който се образува естествено, когато течният водород е изложен на топлина. По този начин Toyota успява да повиши цялостната ефективност на системата и намалява енергийните загуби.

През 2023 г. тази технология получава своя дебют на 24-часовото автомобилно състезание Fuji Super TEC и се превръща в първото водородно превозно средство в историята на автомобилните състезания. Преминаването към течен водород в състезателния сектор всъщност осигурява значителни предимства – по-леки компоненти и по-малко спирания в бокса. По този начин спортните автомобили стават по-конкурентоспособни в състезанията и по-практични за ежедневна употреба.

Водородните автомобили обещават нулеви емисии, по-бързо и евтино зареждане, по-ниски данъци и в пъти по-приятно шофиране. А какво ще е бъдещето им, предстои да разберем.

По публикацията работи: Ерика Шаумян

За да подготвим този материал, използвахме информация от: www.explainthatstuff.com/fuelcells.html, afdc.energy.gov/vehicles/how-do-fuel-cell-electric-cars-work, www.igem.org.uk/resource/hydrogen-cars.html, topgear.bg/kitaj-s-doklad-za-vodorodnite-avtomobili-30-000-v-eksploatacziya-i-70-mestno-proizvodstvo-na-komponenti/, bgh2a.bg и др.

Източник на снимковия материал: Личен архив, www.team-bhp.com/news/why-hydrogen-cars-didnt-quite-make-it-electric-cars-did, ©Engineer BG via Canva.com