こんにちは、Habr！ 水素エネルギーに関する前回の記事に対して、非常に興味深く公平なコメントを書きました。自動車の水素の使用に関するこの資料の答えをご覧ください。
実際、ガソリンと比較して、水素は継続的な問題の1つです。水素は保管するのも入手するのも非常に難しく、爆発性があり、水素車はガソリン車の何倍も高価です。 しかし同時に、水素は輸送用の最も有望な代替燃料と考えられています。 さらに、投資家は、水素自動車の生産に数十億ドルの投資をwillしみません。
ガソリン文はすでに署名されています
世界エネルギー2018年 BP 統計レビューの最新報告書によると、世界の実績のある石油埋蔵量は16億9600万バレルに達し、現在の消費レベルを維持しながら50年間持続します。 未調査の石油埋蔵量は、おそらく私たちに半世紀の炭化水素エネルギーを与えますが、その生産コストは、他のエネルギー源と比較して石油が単に採算が取れなくなるほどになるかもしれません。 生産が便利な鉱床が枯渇すると、原材料の価格は自動的に上昇します。ロシアでバレルを生産するコストが2〜3ドルと推定された場合（代替見積もりによると18ドル ）、シェールオイルの場合は既に30〜50ドルです。 そして、人類の先に、オフショアと北極の石油の生産に切り替える本当の見通しがあります、その価格はさらに高くなるでしょう。
20世紀の70年代の電気輸送への関心の高まりは、政治危機による原油価格の痙攣的な上昇を背景に正確に発生しました-原材料の不足はありませんでしたが、価格の4倍の上昇は即座にガソリン車と石油エネルギーを贅沢にしました。
そして、ガソリン車の場合、より多くの物議を醸す障害が立ちはだかりました。車の排気が問題になっている都市や国の環境への懸念です。 このため、たとえば、ドイツは2030年以降、内燃エンジン搭載車の生産を禁止する決議を採択しました。 フランスと英国は、2040年までに炭化水素燃料を放棄することを約束しています。 オランダ-2030年まで。 ノルウェー-2025年まで。 インドと中国でさえ、2030年以降のディーゼル車とガソリン車の販売を禁止する予定です。 パリ、マドリッド、アテネ、メキシコでは、2025年からディーゼル車の使用が禁止されます。
ICEでの水素の燃焼
従来の内燃機関での水素の燃焼は、ガスを使用する最も簡単で最も論理的な方法であると思われます。これは、水素が簡単に発火し、痕跡もなく燃焼するためです。 しかし、ガソリンと水素の特性の違いにより、ICEを新しいタイプの燃料に移行することはそれほど容易ではありませんでした。 エンジンの長期運転には問題が生じました。水素は、ガソリンの3倍の燃焼熱（141 MJ / kg対44 MJ / kg）により、バルブ、ピストングループ、およびオイルの過熱を引き起こしました。 水素は、低いエンジン回転数でよく現れましたが、負荷が増加すると爆発が発生しました。 この問題の可能な解決策は、水素をガスと水素の混合物に置き換えることでした。ガスと水素の混合物は、エンジン速度が上がるとガス濃度が動的に減少しました。
E65ボディのデュアル燃料BMW Hydrogen 7は、ガソリンではなくICEで水素を燃焼します
出典： サチ・ガハン / Flickr
水素が他の燃料のようにエンジンで燃やされた数少ない生産車の1つは、BMW水素7でした。これは2006-2008年にわずか100部しか出てきませんでした。 修正された6リットルのICE V12はガソリンまたは水素で作動し、燃料の切り替えは自動的に行われました。
バルブの過熱の問題に対する成功した解決策にもかかわらず、このプロジェクトはまだそれに終止符を打ちました。 第一に、水素を燃焼させると、エンジンの出力は260リットルから約20％低下しました。 と 228リットルまでのガソリン と 第二に、8 kgの水素でわずか200 kmの走行に十分であり、これはディーゼル要素の場合の数倍です。 第三に、「グリーン」車がまだそれほど関連していないとき、水素7は早すぎて登場しました。 第4に、米国環境保護庁が水素7を有害な排気ガスなしで自動車と呼ぶことを許可しなかったという永続的な噂がありました-内燃エンジンの特定の機能により、エンジンオイルの粒子が燃焼室に落ち、水素とともに点火されました。
マツダRX-8ハイドロジェンREは、水素がロータリーエンジンのダイナミクス全体を台無しにしたケースです。 ソース：マツダ
以前、2003年にデュアル燃料マツダRX-8水素REが導入され、2007年までに顧客に届きました。 伝説のロータリーRX-8の出力から水素に切り替えると、痕跡は残りませんでした。出力は206から107リットルに低下しました。 秒。最大速度は最大170 km / hです。
BMW Hydrogen 7とマツダRX-8ハイドロジェンREは、水素ICEの白鳥の歌でした。これらの車が到着する頃には、単に燃やすよりも、有名な燃料電池で水素を使用する方がはるかに効率的であることが明らかになりました。
車の燃料電池
水素燃料電池で車両を作成した最初の成功した実験は、1959年に建設されたハリーカールトラクターと考えることができます。 確かに、ディーゼルエンジンを燃料電池に交換すると、トラクターの出力が20リットルに減少しました。 と
過去半世紀にわたって、水素輸送はばらばらに生産されてきました。 たとえば、2001年に米国で第2世代バスが登場し、メタノールから水素が生成されました。 燃料電池は最大100 kW、つまり約136リットルの電力を生み出しました。 と 同じ年に、ロシアのVAZは、Antel -1という名前で知られる水素元素に関するNivaを導入しました。 電気モーターは最大25 kW（34 hp）の電力を出力し、車を最大85 km / hに加速し、1つのガソリンスタンドで200 kmで働きました。 生産された唯一の車は「車輪の研究室」でした。
ロシアの水素燃料電池自動車-当時、技術は設計を超えました。 ソース：AvtoVAZ
2013年、トヨタは未来型水素燃料電池モデルの導入により自動車の世界を揺るがしました。 トヨタミライはコンセプトカーではなく、1年後に販売が開始された大量生産に対応した車でした。 バッテリー駆動の電気自動車とは異なり、ミライ自体は電気を自ら生成しました。
トヨタミライ。 出典：トヨタ
Miraiの前輪駆動電動モーターの最大出力は154リットルです。 で、それは現代の電気自動車のために少しですが、過去の水素自動車と比較して悪くはありません。 水素5 kgの理論的範囲は500 kmで、実際の範囲は約350 kmです。 パスポートによると、テスラモデルSは540 kmをカバーできます。 満タンの水素タンクに燃料を補給するのに3分しかかからず、テスラバッテリーはテスラスーパーチャージャーステーションで75分で最大100％、通常の220 Vコンセントから最大30時間充電します。
Miraiの370水素燃料電池からの直流電流は交流に変換され、電圧は650 Vに上昇します。車の最高速度は175 km / hに達します-炭化水素燃料に比べてわずかですが、毎日の運転には十分です。 エネルギーの貯蔵には、21 kWhのニッケル水素電池が使用され、そこに余分な燃料電池と回生制動エネルギーが送られます。 居住地がいつでも地震の影響を受ける日本の現実を考えると、2016年モデルのMiraiトランクにはCHAdeMOコネクタがあり、これを介して小さな個人住宅の電源を整理できます。 。
ちなみに、トヨタはわずか数年で発電機の質量を大幅に削減することができました。プロトタイプの世紀の初めに108kgの重量と122リットルを生産した場合。 秒。その後、未来の燃料電池は2倍のコンパクト（37リットル）で、重量は56 kgです。 この87 kgの燃料タンクに追加するのは公平でしょう。
比較のために、人気のある最新のターボエンジンVolkswagen 1.4 TSIはMiraiに似ており、容量は140〜160 hpです。 アルミニウム構造のため、その「軽さ」で有名です。重量は106 kgで、タンク内のガソリンは38〜45 kgです。 ちなみに、Tesla Model Sバッテリーの重量は540 kgです！
4 kmの走行で、ミライは240 mlの蒸留された、比較的安全な飲料水しか生産していません。ミライの「排気」を試した愛好家は、プラスチックの味が少ししかないと報告しました。
みらいから排水された飲料水は安全ですが、最初は視覚的に衝撃的です
トヨタミライは、水素用タンクを60リットルと62リットルで2基設置し、700気圧の圧力下で合計5 kgの水素を収容しました。 トヨタは18年前から独自に水素タンクの開発と製造を行っています。 みらいタンクは、炭素繊維とガラス繊維を含むプラスチックのいくつかの層で作られています。 そのような材料の使用は、第一に、貯蔵庫の変形と貫通に対する耐性を高め、第二に、金属水素ピックアップの問題を解決しました。これは、鋼製タンクが特性、柔軟性を失い、マイクロクラックで覆われたためです。
トヨタミライをビルドします。 電気モーターは前部にあり、燃料電池は運転席の下に隠れており、タンクとバッテリーは後列の下とトランクに取り付けられています。 出典：トヨタ
見込みは何ですか？
ブルームバーグは、2040年までに、自動車は1日あたり1,300万バレル、または2015年の電力需要の8％の代わりに1,900テラワット時を消費すると予測しています。 現在、世界の石油の最大70％が輸送用の燃料に費やされていることを考えると、8％は何もありません。
バッテリー電気自動車の市場見通しは、水素燃料電池の場合よりもはるかに顕著で印象的です。 2017年、電気自動車市場は 174億ドルでしたが 、水素自動車市場は20億ドルでした。 この違いにもかかわらず、投資家は引き続き水素エネルギーに関心を持ち、新しい開発に資金を提供しています。
この例として、2017年に作成された水素評議会があります。これには、アウディ、BMW、ホンダ、トヨタ、ダイムラー、GM、ヒュンダイなどの39の大企業が含まれます。 その目標は、新しい水素技術の研究開発と、その後の私たちの生活における実装です。