Бензин скоро кончится! На чем поедем?

В последние время все явственнее вырисовывается картина настоящего автомобиля будущего, который будет питаться не бензином или соляркой, а экологически чистыми источниками энергии. Если ранее основная ставка делалась на солнечные батареи, то сейчас наиболее перспективными становятся водородные двигатели. Одним из самых интересных водородных автомобилей является новый Ford Focus FCEV.

“Я твердо убежден, что водород и кислород, два элемента составляющие воду, однажды либо вместе, либо по отдельности станут неисчерпаемым источником тепла и света”.
Жюль Верн, 1874 год

Создание технологий для применения в автомобилях в качестве топлива водорода и строительство необходимой для этого инфраструктуры является основной задачей CEP (Clean Energy Partnership (Союз во благо чистой энергии)), объединения, официально поддерживаемого правительством Германии. Союз был создан в середине 2002 года компаниями Aral, BMW, DaimlerChrysler, Ford , GM/Opel, Hydro, Linde, Vattenfall Europe и организацией Berlin Transit Authority.

В рамках программы CEP компания Ford предоставляет на тест корпоративным клиентам Ford Focus FCEV. Ford Focus FCEV с гибридным силовым агрегатом на топливных элементах Mark 902 обладает самой большой удельной мощностью (отношение мощности на единицу топлива) из всех известных силовых агрегатов такого типа и выделяет при этом только воду. Инженерам компании Ford удалось достичь такой высокой эффективности потребления топлива путем объединения двух ранее независимых систем в один сложный гибридный силовой агрегат на топливных элементах и электрической тяге.

В большинстве эксплуатационных режимов новый 92-сильный топливный элемент Ballard Mk 902 бесперебойно снабжает электрической энергией силовой агрегат Ford Focus FCEV. При этом дополнительная усовершенствованная аккумуляторная батарея способна выдать дополнительную мощность, когда это необходимо.

Топливный элемент Ballard Mk 902 является основным элементом экологически чистого силового агрегата Ford Focus FCEV. Топливный элемент весит всего 96 кг и работает на газообразном водороде.

216-волтовая батарея служит не только стартерной батареей для всей системы, но и способна придать дополнительное ускорение автомобилю при разгоне. Во всех ситуациях, когда водителю может потребоваться дополнительная мощность система распределения энергии Ford Focus FCEV переходит в режим максимальной отдачи энергии и запараллеливает аккумулятор и топливный элемент, что позволяет силовому агрегату выдать дополнительные 18 кВт (25 л.с.).

Однако эту мощность нельзя просто прибавить к мощности топливного элемента и получить возможные 117 л.с. Мощность аккумулятора используется, когда топливные элементы находятся в состоянии покоя или под частичной нагрузкой. Батарея способна резко выдать энергию, когда блок управления не позволяет этого сделать топливному элементу. Обе системы большую часть времени функционируют в оптимальных режимах. Совместно они выдают большую мощность, чем номинальные 92 л.с.

Побочными продуктами Ford Focus FCEV является только вода и небольшое количество теплого воздуха, других выбросов, таких как выхлопные газы, этот автомобиль не имеет.

Как работают топливные элементы
Существует несколько различных типов топливных элементов. В основном они различаются по типу используемого топлива и рабочим температурам. Протоновая Обменная Мембрана (ПОМ) на данный момент считается оптимальным технологическим решением для использования в автомобилях. В данный момент инженеры компании Ballard работают над новым поколением топливных элементов на основе ПОМ.

Главной составляющей топливного элемента этого типа является мембрана, пластиковая прослойка, сквозь структуру которой способны перемещаться мелкие частицы, такие как протоны (т.е. атомы водорода без связанного электрона), размер которых не превышает размеров молекул воздуха. Мембрана разделяет две газовые камеры в виде каналов внутри топливного элемента, которые заполнены газообразным водородом и влажным воздухом. Поверхность мембраны с обеих сторон покрыта проницаемым слоем из платины, нанесенной способом выпаривания. При прокачке водорода через мембрану каталитический платиновый слой возбуждает молекулы водорода и отделяет их от двух электронов. Вместе электроны, отделенные от большого количества молекул водорода образуют электрический ток, который и является выходом мощности топливного элемента.

Каждый протон водорода, который является ядром атома водорода при отсутствии своих электронов, проходит через ПОМ, вступая в реакцию с кислородом, находящимся в воздухе по другую сторону мембраны, образуя воду. На платиновом электроде с “воздушной” стороны, образующиеся молекулы воды снова поглощают два свободных электрона, после того как они отдали энергию при проходе через элемент.

В добавлении к воде, при реакции водорода и кислорода вырабатывается небольшое количество теплоты, которая повышает общую температуру топливного элемента до 85. При таких незначительных температурах азот, находящийся в воздухе не вступает в реакцию, производной которой могли бы быть вредные окиси азота. Для того чтобы привести в движение автомобиль на топливных элементах, обычно требуется 400 отдельных элементов, каждый из которых производит 1,1 вольта, связанных в одну конструкцию, которую принято называть “блок топливных элементов”.