При примерно 2 миллиардах автомобилей с двигателями внутреннего сгорания на дорогах во всем мире изменение источника топлива стало бы большим шагом вперед в борьбе с изменением климата. Разработка водородных топливных элементов означает, что теперь мы можем использовать водород как чистое, экологичное средство снабжения энергией оборудования разного размера, в том числе сделать общественный транспорт еще более экологичным средством передвижения. Сегодня многие города применяют эту новую технологию и внедряют в свой автопарк автобусы, работающие на водороде, воплощая в жизнь давнюю мечту.
Универсальный источник энергии
Водородные топливные элементы невероятно универсальны. Несмотря на то, что каждый элемент производит лишь небольшое количество электроэнергии, их можно использовать для снабжения энергией практически любого оборудования: компьютера, поезда, местной электростанции — и даже в качестве вспомогательных источников питания на многих космических кораблях. В автомобилях они имеют несколько преимуществ в сравнении с ископаемым топливом. По сравнению со стандартным двигателем внутреннего сгорания, процесс выработки энергии из топлива намного эффективнее. В отличие от ископаемого топлива, водородные топливные элементы очень экологичны. Они производят только электричество, тепло и воду, что позволяет получить транспорт с нулевым уровнем выбросов.Для питания автобуса, работающего на водороде, используется комбинация топливных элементов и батарей. Чистый водородный газ закачивается в цилиндры для хранения почти так же, как обычный автомобиль заправляется бензином. Электроэнергия, генерируемая топливным элементом, заряжает аккумуляторные батареи транспортного средства. Эти батареи накапливают электроэнергию для обеспечения дополнительной мощности, когда это необходимо, например, для резкого ускорения или подъема на крутой склон.
Замкнутый контур
Водородный топливный элемент состоит из трех основных частей: двух электродов и электролитной мембраны. Водород впрыскивается в области отрицательного электрода. Каждый атом разделяется на протоны и электроны, которые разными путями направляются к положительному электроду. Электроны создают поток электричества вокруг контура, в то время как протоны проходят через электролитную мембрану. Там они снова соединяются, а затем связываются с кислородом в воздухе, создавая воду и тепло.Во избежание попадания кислорода на отрицательный электрод и преждевременного перехода водорода в технологический процесс в контур впрыскивается избыточное количество водорода. Поэтому излишки необходимо снова удалить. Простой выпуск газа неэффективен: это может создать взрывоопасную атмосферу вокруг топливного элемента. Для замкнутого контура используется специальный компрессор Busch, который обеспечивает рециркуляцию водорода. Он собирает лишние атомы водорода на положительном электроде и отводит их обратно в начало технологического процесса. Там они снова начинают свой путь, разделяются и снова соединяются до тех пор, пока не станут водой в конце технологического процесса.