Що таке паливні елементи

Енергоустановки на паливних елементах

Мабуть, водень – самий перспективний вид палива, оскільки в природі його хоч відбавляй, а в спецустановці, реагуючи з киснем, він здатний виділяти енергію, причому побічним продуктом такої реакції замість шкідливих вихлопних газів є звичайна вода (Н₂О). На жаль, перспективи застосування водню як паливо не так близькі, але провідні виробники автомобільних (і не тільки) моторів уже впритул займаються розробкою силових установок, що працюють на паливних елементах.Навіть наш “Автоваз” в 2001 році явив світу автомобіль “Лада Антел”, створений на базі позашляховика ВАЗ-2131 і працюючий на електроенергії, одержуваної за допомогою паливних елементів. А в 2004 році був продемонстрований уже більше допрацьований “Антел-2” на базі “Лади-111”.

Паливний елемент – це пристрій з високим коефіцієнтом корисної дії, що виробляє електроенергію на зразок гальванічної батареї, але відрізняється від неї тим, що активні елементи для електрохімічної реакції подаються в нього з зовні, і виходить, що воно може працювати так довго, поки в нього ці елементи будуть надходити, на відміну від батареї з обмеженим запасом енергії.

В тольятінському “Антелі-2” використані лужні воднево-повітряні паливні елементи. У них водень і очищене від вуглекислого газу повітря, у якому перебуває кисень, вступаючи в складну хімічну реакцію за допомогою каталізаторів на анодах і катодах, роблять дистильовану воду й потік електронів у зовнішньому ланцюзі, тобто електроенергію. Зібрані в єдиний блок паливні елементи являють собою електрохімічний генератор (ЭХГ), що і є основою всієї енергоустановки (КПД ЭХГ – близько 65%). Для “Автоваза” ЭХГ розроблений Уральським електрохімічним комбінатом.

Помітимо, що в “Антэле-1” до паливних елементів подавалися водень і кисень, а в “Антэле-2” – водень і повітря з компресора, тобто прогрес у наявності (не потрібний запас кисню в балонах). Давайте тепер подивимося, із чого складається енергоустановка на паливних елементах “Антэла-2”.

Схема енергоустановки на паливних елементах

Як уже було сказано, основа всієї установки – ЭХГ, розташована під капотом автомобіля. У якості привода передніх коліс використовується електродвигун змінного струму потужністю до 90 кВт (!) із ККД 90% і масою 32 кг. Електроенергія від ЭХГ подається до електродвигуна через транзисторну систему керування, яка її перетворює і дозує. До складу установки входить никельметалгідридна буферна акумуляторна батарея високої енергоємності, що, працюючи разом з ЭХГ, підвищує динамічні показники автомобіля при розгоні. При гальмуванні відбувається зарядка цієї батареї за рахунок рекуперації енергії (електродвигун за командою системи керування після натискання педалі гальма переходить у генераторний режим, створюючи гальмовий момент на колесах). Енергія цієї ж батареї використовується для розігріву й запуску ЭХГ перед початком руху.

Отже, в ЭХГ подається водень із балонів, розташованих під підлогою багажного відділення, і очищене повітря з компресора. ЭХГ виділяє воду, що відводиться легко, і подає електроенергію в систему керування електромотором, що, реагуючи на команди водія, направляє її на електропривод. От, власно, і все. Але наскільки зручний такий автомобіль в експлуатації?

Компонування “Антэла-2”Якщо в першому варіанті (“Антэл-1”) весь багажник автомобіля були буквально забиті балонами з киснем і воднем і ЭХГ, то в другому (“Антэл-2”) всі вузли енергоустановки й системи керування розташовані під підлогою, що дозволило розмістити в салоні п'ять чоловік. Немаловажно й те, що автомобіль здатний розігнатися до максимальної швидкості в 100 км/год і проїхати при повній заправці воднем 350 км. Уже сьогодні існують більше досконалі енергоустановки на паливних елементах, розроблені іноземними фірмами. Відомо, що розвиток енергоустановок на паливних елементах стримує відсутність інфраструктури заправок і видобутку водню (у природі він присутній тільки у зв'язаному виді), а розвиток інфраструктури, у свою чергу, гальмує відсутність автомобілів з такими енергоустановками (проблема курки і яйця). От тому вироблення водню з нафти повинна стати проміжним етапом на шляху до “воденеродизації” автомобілів. Але ж існує й багато інших способів видобутку водню – за допомогою енергії сонця, вітру й атомної енергії. Головна ж перевага подібних енергоустановок – чистий (нульовий) вихлоп, безшумність і незалежність від непоновлюваних джерел енергії. Але, здається, поки це перспектива нешвидкого майбутнього.