Автомобілі на водневих паливних комірках: сучасний стан і перспективи

Abstract

У наш час уряди багатьох країн встановлюють все більш амбітні цілі для водневого сектора, що дійсно може відіграти ключову роль у досягненні мети нульових викидів (Net Zero) до 2050 року. Водень може бути використаний як джерело енергії двома різними способами: в електрохімічних паливних елементах (комірках) і за допомогою згоряння. В 2007 році компанія Toyota випустила перший гібридний автомобіль, що працює на водневих паливних комірках (Toyota Mirai) з електричним двигуном потужністю 113 кВт. Замість двигуна внутрішнього згоряння цей автомобіль має стек (блок) паливних комірок, що виробляють електричний струм. Транспортні засоби на паливних комірках (Fuel-cell electric vehicles FCEVs) з використанням водню належать до транспортних засобів з нульовими викидами. У роботі описано автомобіль на водневих паливних комірках, який спроєктовано в програмному забезпеченні ADVISOR – програма моделювання на основі MATLAB/Simulink. Моделювання в ADVISOR показує, що автомобіль на водневих паливних комірках викидає лише воду. Визначено переваги автомобілів на водневих паливних комірках: 1) запас ходу може бути досягнутий за допомогою достатньої кількості водневих баків високого тиску. Останні можуть бути розміщені в різних місцях, що дозволяє оптимізувати доступний обʼєм, підвищуючи придатність для перевезення пасажирів і місткість багажника; 2) номінальна тягова потужність, отримана за певної маси та швидкості автомобіля та нахилу дороги, досягається при поєднанні потрібної кількості основних систем паливних комірок; 3) заправка баків є простою та швидкою, що дозволяє не тільки зменшити вартість зарядних станцій порівняно з зарядними станціями, призначеними для електромобілів, так і досягти інтенсивного використання водню, в таких транспортних засобах, як таксі чи автобуси; 4) автомобілі на паливних комірках дуже безпечні навіть у разі автомобільних аварій. Безпека в основному базується на тому, щоб отримати витік, який залишається нижче рівня горючості водню. Така конструкція досить проста і орієнтована на бак як ключовий пристрій. Проте водневі паливні комірки достатньо дорогі, оскільки потребують використання платинових матеріалів з високою каталітичною активністю. Перспективними також для України можуть стати паливні комірки з інших матеріалів. Такі комірки, на основі цирконію, розроблені в Київському інституті матеріалознавства ім. Францевича. Також цьому сприяє наявність великої кількості в Україні двоокису цирконію.