27.03.2007 14:11
Последние разработки концерна в области топливных элементов основаны на
идеях, отвергнутых конкурентами.
Нечасто можно услышать от топ-менеджеров концерна Volkswagen, что и в плохих
продажах есть своя прелесть. Фрэнк Зайфрид, к примеру, ничуть не огорчен тем
обстоятельством, что в прошлом году продажи автомобилей Volkswagen в
Калифорнии снизились. Несмотря на то что производителю удалось продать в
этом штате всего лишь 56 тысяч автомобилей, руководитель подразделения VW
Group, занимающегося разработкой топливных элементов, говорит: <В настоящий
момент мы занимаем очень удобное положение>.
Поскольку продажи VW в Калифорнии не превысили 60 тысяч экземпляров,
компания не подпадает под требование законов штата выпустить около 20
демонстрационных автомобилей на топливных элементах - а это большая экономия
для ее бюджета. В ближайшую пару лет Фрэнку Зайфриду придется считать каждый
цент: все средства пойдут на создание нового типа автомобильных топливных
элементов. Корреспондента The Daily Telegraph пригласили посетить секретную
лабораторию VW в 15 км от Вольфсбурга, где ведутся эти разработки.
Здесь Фрэнк объясняет, что считает вполне закономерной конкуренцию между
топливными элементами и аккумуляторами как будущими источниками энергии в
автомобильной промышленности. Но, по его словам, стандартные топливные
элементы не способны выиграть это соревнование.
То, что развертывание сети водородных заправок и хранение запасов водорода
представляет собой огромную проблему, известно, но что сами по себе
топливные элементы не могут иметь коммерческого успеха, я слышу впервые.
<Сейчас вы не сможете найти ни одного спортивного или крупногабаритного
автомобиля на топливных элементах: их просто не устанавливают на такие
машины, потому что их удельная мощность довольна низка. А ведь подобные
автомобили всегда были традиционной площадкой для испытания новых
технологий, поскольку их покупатели готовы платить больше>, - поясняет
Фрэнк.
Последние 10 лет конструкторы VW работают над новым типом топливных
элементов, где в качестве электролита используется не вода, а фосфорная
кислота. Такой вариант уже рассматривали в Honda, но признали его
неприемлемым. Однако, по мнению VW, у этой идеи большой потенциал. <Мы
смотрим далеко в будущее, - заявляет Фрэнк, - но публично говорить о наших
планах в связи с этими разработками пока преждевременно>.
В самом распространенном типе топливных элементов водород поступает внутрь
со стороны анода, а кислород - со стороны катода. На аноде топливо
окисляется, т.е. атомы водорода отдают свои электроны, которые затем по
внешней цепи направляются к катоду. Положительно заряженные протоны
двигаются к катоду через мембрану, перемещаются от одного электрода к
другому и присоединяются к молекулам воды, которые попадают на мембрану. У
катода обе частицы вступают в реакцию с кислородом, образуя воду, которая и
является единственным продуктом выхлопа. До 70% энергии, вырабатывающейся в
ходе этой реакции, преобразуется в электрический ток, оставшееся тепло
рассеивается радиаторами и вентиляторами.
Недостаток воды как электролита - это температура ее замерзания и кипения.
Двигатель должен работать при температуре менее 100 градусов по Цельсию,
иначе вода превратится в пар. Кроме того, в топливный элемент должен
постоянно поступать влажный воздух, чтобы избежать испарения воды.
Отработанная вода должна удаляться из топливного элемента, иначе на морозе
она повредит его.
Фосфорная кислота обладает похожими электролитическими свойствами, но ее
точка кипения выше. Идея состоит в том, что протоны водорода переносят заряд
с помощью молекул фосфорной кислоты. Преимущество топливного элемента на
основе фосфорной кислоты в том, что он может работать при более высокой
температуре и не требует постоянного охлаждения. Поскольку высыхания
мембраны не происходит, не нужен и увлажнитель.
Но есть и проблема. При использовании фосфорной кислоты двигатель должен
работать при температуре 160 градусов по Цельсию, иначе выходящий пар
превращается в воду и вымывает кислоту. А с учетом того, что двигатель
должен работать в разных режимах - вхолостую, на низкой скорости и на полном
ходу, - фосфорная кислота ранее считалась неподходящей для применения в
автомобилях.
Изобретение VW состоит в покрытии электродов особым составом,
предотвращающим вымывание кислоты. Мембрана из полибензимидазола
пропитывается фосфорной кислотой и помещается между углеродными плитами, чья
поверхность пропускает водород и кислород. В настоящее время процесс сборки
осуществляется вручную.
VW считает, что эффективность таких топливных элементов будет на 20% выше по
сравнению с водными, в то же время размер элементов сократится на 33% и они
не будут такими требовательными к системе охлаждения и фильтрации воздуха.
Если говорить о мощности, разработчики VW в ходе экспериментов с двигателем
модели Touran выяснили, что система охлаждения топливного элемента
ограничивает возможную скорость до 140 км/ч. При использовании фосфорной
кислоты этот показатель мог бы составить более 190 км/ч.
Но освоить эту многообещающую технологию будет нелегко. Утечка кислоты из
топливного элемента составляет около 6% после 1000 часов работы, и он очень
долго разогревается до оптимальной температуры в 160°С. Кроме того, едкость
горячей кислоты не позволяет использовать в топливном элементе металлические
разделители.
Глава направления по разработке топливных элементов Honda Сахито Фуджимото
считает, что топливный элемент, использующий в качестве электролита воду,
является более предпочтительным вариантом: <Очень трудно эффективно
использовать кислоту при всех возможных температурных режимах. Кроме того,
основное преимущество топливного элемента в том, что его выбросы
представляют собой воду. А если в качестве отходов будет выступать кислота,
это вряд ли будет хороший выбор>.
Кроме того, отмечает он, разогрев топливного элемента на основе кислоты до
оптимальной температуры в 160 градусов по Цельсию снизит производительность
всей системы. Но в то же время представитель Honda признает, что разработки
Volkswagen вызывают определенный интерес.
Дополнительное тепло, вырабатываемое таким топливным элементом, может
использоваться для электролиза переносчиков водорода, например аммиака.
Такую идею уже разрабатывают в США - там считают, что таким способом можно
решить проблему хранения водорода.
Впрочем, у группы под руководством Фрэнка есть лишь единственная цель -
доработать свой топливный элемент и в ближайшие 12 месяцев создать
автомобиль на его основе.
Эндрю Инглиш, The Daily Telegraph, UK
<Газета>
http://www.autosphere.ru/2007-03-27/4/
ConocoPhillips и Tyson планируют открыть совместное производство биодизельного топлива из животного жира
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.