Крупные автомобильные компании сейчас не очень активно инвестируют в водородные топливные элементы, а несколько лет назад оптимистично обещали крупное серийное производство автомобилей на этих элементах с 2020 года. Очевидно, что недостатки водородных топливных элементов не дают развиваться этому направлению.
Хотя концептуальные автомобили на водородных топливных элементах, такие как гиперкар Toyota Mirai сейчас выпускаются в ограниченном количестве по 10 000 автомобилей в год по цене от 57000 долларов США. Кроме того делаются усилия по выпуску водородных автомобилей Ford Motor Company — Focus FCV; Honda — Honda FCX; Hyundai — Tucson FCEV.
Заправлять их кроме как в Японии, США и некоторых странах Европы водородом пока негде.
В России водородные заправки планируют запустить с 2025 года.
Тем не менее, снижение затрат на топливные элементы на кВт мощности до затрат на двигатели внутреннего сгорания все еще может занять десятилетия. Утверждается, что нынешние недостатки топливных элементов ограничены технологическими и финансовыми проблемами.
Затраты-не единственное ограничение, с которым сталкиваются топливные элементы в своем стремлении заменить двигатель внутреннего сгорания.
Проблемы водородных топливных элементов
- Доступность катализатора из благородных металлов: проблемы с поставками и, следовательно, стоимостью могут возникнуть, если большинство или все транспортные средства в мире будут работать на топливных элементах с протонообменной мембраной, для работы которых требуются катализаторы из благородных металлов, особенно платины.
- Долговечность: остаются вопросы, касающиеся срока службы топливных элементов в условиях автомобилестроения. Требуется не менее 5000 часов работы на неисправность. Кроме того, топливные элементы должны быть способны быстро запускаться в условиях низких температур.
- Хранение водорода: нет согласия относительно того, следует ли перевозить водород в сжатой или жидкой форме, в углеродных нанотрубках, в виде металлических или даже химических гидридов, или даже преобразовывать водород в более легко переносимое жидкое топливо, такое как метанол.
- Безопасность: для того чтобы получить дальность действия автомобиля, сравнимую с автомобилями, работающими на бензине, водород необходимо будет сжать до 70 МПа (чуть больше 700 атмосфер), что более чем в тридцать раз больше, чем у автомобилей сжиженный газ.
- При использовании жидкого водорода избыток водорода необходимо отводить, что создает угрозу безопасности в закрытых гаражах. Таким образом, потенциальные проблемы могут на неопределенный срок задержать коммерциализацию транспортных средств на водородных топливных элементах.
- Доступность топлива: водород не образуется естественным путем и поэтому должен быть изготовлен из какого-либо другого топлива. Несколько лет назад некоторые производители автомобилей даже хотели реформировать водород из бензина в переходный период, утверждая, что инфраструктура распределения бензина уже существовала. Однако для экологически чистых транспортных средств водород необходимо будет производить из возобновляемых источников энергии, таких как электролиз воды с использованием электроэнергии, вырабатываемой ветром.
Сегодня, однако, только около 35% мирового производства электроэнергии производится за счет возобновляемых источников энергии.
Сторонники транспортных средств утверждают, что недостатки водородных топливных элементов могут быть решены, как только разработчики транспортных средств поймут, что необходимо перепроектировать автомобиль полностью.
Неэффективно пытаться установить двигательные установки на топливных элементах в транспортные средства, оптимизированные для двигателей внутреннего сгорания. Они утверждают, что за счет использования таких инноваций, как композитные материалы, гибридные двигатели, топливная эффективность автомобиля может быть значительно повышена, что снизит требования к топливным элементам и хранению водорода.
Требования к катализатору также будут уменьшаться в соответствии с уменьшением мощности двигателя, и можно будет избежать рисков хранения водорода под очень высоким давлением.
Будущие перспективы водородных двигателей на топливных элементах скорее всего положительны и водородная энергия будет добываться человечеством. Особенно важно что, что растущие экологические и ресурсные проблемы потребуют серьезных изменений в материалах, топливе, дизайне и производстве транспортных средств. Кроме того, имеет смысл снизить дорожную нагрузку транспортных средств. Дорожная нагрузка транспортного средства — это энергия, необходимая для преодоления суммы сопротивления дороге, сопротивления воздуха и инерционного сопротивления.
