водород

Ученые создали уникальную гибридную технологию, позволившую одновременно получать водород за счет расщепления воды и электричества с помощью фотовольтаики.

Во всем мире ведущие исследовательские институты изучают процессы искусственного фотосинтеза, в которых солнечные лучи участвует в химических реакциях, направленных на декомпозицию воды для образования водорода.

Такие устройства еще не достигли уровня реальных коммерческих продуктов, поскольку для поддержания химической реакции часто требуется дополнительный источник энергии. Но концепция снабжения электролизера солнечной энергией для выработки водорода стремительно развивается.

В итоге своей работы ученые продемонстрировали девайс, который успешно вырабатывает сразу два вида энергии, сочетая в себе водородный фотоэлектрохимический элемент и кремниевый фотоэлемент.

Устройство носит название «Гибридные фотоэлектрохимические и фотовольтаические элементы для одновременного производства химического топлива и выработки электроэнергии».
По словам разработчиков, инновационная солнечная панель способна поглощать 20,2% солнечного света, при этом ее эффективность по выработке водорода составила 6,8%, а по электричеству – 13,4%.

Вань Ган уговорил руководство Китая начать масштабную программу электрификации транспорта. Теперь он готовит новую революцию — водородную.

Транспортная система Китая быстро переходит на электричество: продажи электромобилей растут, а правила для владельцев автомобилей на ДВС постоянно ужесточаются. У истоков этой «электрической революции» стоит бывший министр науки и техники Китая Вань Ган.

Именно он двадцать лет назад убедил лидеров страны сделать ставку на электрификацию транспорта, чтобы снизить загрязнение воздуха и зависимость от импорта нефти.

Однако теперь он убежден: будущее вовсе не за электромобилями. Им на смену должны прийти автомобили на водороде. Впрочем, он предполагает, что водородные автомобили не заменят полностью, а дополнят электрические. Электромобили продолжат доминировать в городах, а междугородние автобусы и грузовики на водороде будут путешествовать на большие расстояния.

Учитывая, что Вань занимает высокое положение в консультативном органе при правительстве Китая, его мнение может определить будущую политику страны. Для этого нужно, чтобы руководство страны выделило дополнительные ресурсы на разработку водородных авто и начало субсидировать их производство и покупку — как это произошло с электрокарами.

По словам Ваня, на первых этапах инфраструктуру для водородного транспорта создадут в отдельных испытательных районах. Здесь появятся полноценные экосистемы для производства, транспортировки, хранения и заправки водородом.

Сейчас большинство автопроизводителей, за исключением Toyota, скептически относятся к водородному топливу, предпочитая вкладываться в литий-ионные аккумуляторы. Основные причины такой непопулярности — высокая стоимость водорода и проблемы с его хранением, а также отсутствие инфраструктуры.

Даже в Китае на 2 млн электромобилей приходится всего 1500 водородных авто. Однако у страны достаточно возможностей, чтобы полностью изменить ситуацию, уверен Вань Ган.

Бразильский госсужащий Рикардо Азеведо в своем родном городе Сан-Паулу стал настоящей знаменитостью. Но известность мужчине принесла вовсе не профессиональная деятельность, а его хобби. Умелец переделал свой мотоцикл, и теперь на нем можно проехать 500 километров, заправив всего 1 литр воды.

В видеоролике, который попал в новости по всему миру, бразилец Рикардо Азеведо рассказывает, как он вместе с сыном Габриэлем переделал одноцилиндровый мотоцикл Honda NX200. Теперь бразилец называет свой двухколесный транспорт «T Power H2O» и утверждает, что для его нормальной работы нужна только вода. Причем, в качестве революционного «топлива» подойдет как вода из-под крана, так и ближайшая лужа. Сам умелец и испытатель заправляет свой байк из близлежащей довольно загрязненной реки Тиете.

На данный момент мотоцикл, изготовленный руками Азеведо, – это всего лишь прототип. Байк не может похвастать крутым внешним видом, но это не должно спугнуть потенциальных инвесторов.

Мотоцикл T Power H2O получил автомобильный аккумулятор, который отдает электричество, с помощью которого происходит электролиз, т.е. расщепление воды. Таким образом, выделяется водород, который поступает далее в двигатель внутреннего сгорания.
Энергия, которую водород выделяет при сгорании в моторе мотоцикла, намного выше, чем при сгорании обычного бензина. Именно благодаря этому для поездки на 100 километров нужно всего 0,2 литра воды. «Преимущество этого мотоцикла, который работает на водороде, который получаем из воды, заключается в том, что результатом выхлопа является водяной пар», — объясняет Азеведо. «Это отличается от бензина, после сгорания которого появляется окись углерода».

Применяемого аккумулятора, правда, надолго не хватает, так как процесс электролиза довольно энергоемок. Поэтому на мотоцикле установлена система рекуперации кинетической энергии (KERS), наподобие той, что используется в Формуле-1. Она подзаряжает аккумулятор прямо во время поездки, срабатывая каждый раз, как водитель тормозит. Таким образом, мотоцикл T Power H2O может работать около 10 часов.

Бразильский умелец подвергся массированной «атаке» пользователей Интернета, которые сомневаются в работоспособности всей системы. Но на сторону Рикардо Азеведо стали авторитетные исследователи, в частности Эрнесто Гонсалес, профессор химии в Университете Сан-Паулу. Сам Азеведо готов предоставить свой байк в руки профессионалов с официального дилера мотоциклов Honda, чтобы продемонстрировать его работу всем скептикам.

Сотрудники американской лаборатории Lawrence Berkeley совместно с коллегами из Германии изобрели уникальную гибридную технологию, позволившую одновременно получать водород за счет расщепления воды и электричество с помощью фотовольтаики.

Гибридный фотоэлемент
Во всем мире ведущие исследовательские институты изучают процессы искусственного фотосинтеза, в которых солнечные лучи участвует в химических реакциях, направленных на декомпозицию воды для образования водорода.

Такие устройства еще не достигли уровня реальных коммерческих продуктов, поскольку для поддержания химической реакции часто требуется дополнительный источник энергии. Но концепция снабжения электролизера солнечной энергией для выработки водорода стремительно развивается.

В итоге своей работы американские ученные продемонстрировали девайс, который успешно вырабатывает сразу два вида энергии, сочетая в себе водородный фотоэлектрохимический элемент и кремниевый фотоэлемент.

Устройство носит название «Гибридные фотоэлектрохимические и фотовольтаические элементы для одновременного производства химического топлива и выработки электроэнергии», а его подробное описание опубликовано в журнале Nature Materials. По словам разработчиков, инновационная солнечная панель способна поглощать 20,2% солнечного света, при этом ее эффективность по выработке водорода составила 6,8%, а по электричеству – 13,4%.

Ранее проблема заключалась в том, что низкая производительность других материалов в слоях ограничивала ток, генерируемый в кремниевом фотоэлементе. Гидеон Сегев, главный разработчик, сравнил этот процесс со «способностью автомобиля ездить только на первой скорости». Энергия вырабатывалась, но кремний задействовался не в точке оптимальной мощности, поэтому возбужденные электроны не находили выхода. Они теряли свой энергетический заряд еще до включения в полезную работу.

Ученые решили эту проблему, добавив еще один электрод на заднюю часть кремниевого элемента. Теперь один контакт отвечает за получение водорода, а другой – за сбор электроэнергии.

«Представление о том, что фотогенерируемые носители заряда могут быть контролируемо направлены на производство электричества и химического топлива, дает возможность значительно увеличить производительность топливных систем на основе солнечной энергии и может быть адаптирована к разным архитектурам на основе различных материалов», - говорится в научной статье.

Это новое направление в развитии солнечной энергетики, которое, по словам исследователей, может стать одной из ключевых возобновляемых технологий будущего. Они продолжают работать над совершенствованием устройства и надеются со временем превратить его в коммерческий продукт.

Пассажирский поезд Coradia iLint, созданный европейской железнодорожной транспортной компанией Alstom, может проехать до 600 миль на одном баллоне с водородом и развить скорость до 86 миль в час (138 км/ч). Эта скорость может показаться не столь впечатляющей, но главная цель поезда с водородным двигателем – это не скорость, а инновационный способ перевозки людей, что может изменить влияние, оказываемое транспортом на планету.
«Этот поезд с нулевым уровнем выбросов и очень низким уровнем шума, все что поезд выбрасывает в атмосферу — это пар и конденсированная вода», — объяснили создатели поезда.
В данный момент поезд курсирует по западной Германии, два поезда ходят к западу от Гамбурга, между Куксхафеном, Бремерхафеном, Бремэрверде и Букстехуде. Компания уже заявляет о готовности серийного производства таких поездов, но вместе с тем отмечает, что поезда с нулевым уровнем выбросов более дешевы в эксплуатации, чем дизельные и могут эксплуатироваться в течение 40-летнего жизненного цикла. «Наш поезд сочетает в себе различные инновационные элементы: это технологии чистого преобразования энергии, хранения энергии в батареях и умного управления тяговой силой и доступной энергией». Создатели поезда уверены, что водород – это энергоноситель с «большим потенциалом» и его использование в транспортной системе может совершить настоящую революцию.
«Использование водорода дает нам альтернативу и позволяет потеснить традиционные дизельные поезда, особенно на неэлектрифицированных линиях. Специально созданный для работы на неэлектрифицированных линиях, новый поезд обеспечивает высокий уровень производительности и позволяет осваивать новые направления», — говорит Бернд Альтусманн, министр экономики и транспорта Нижней Саксонии.
Поезда на дизельном топливе выбрасывают в атмосферу углекислый газ, что вредит природе и оказывает влияние на изменения климата. Другие страны также изучают водородные поезда — Великобританию, Нидерланды, Данию, Норвегию, Италию и Канаду очень интересует опыт Германии, ведь поездки свободные от углеродных выбросов это инновационная технология, которая может изменить мир. В мае германские поезда уже были отмечены премией Mobility GreenTec.
«Технология использования водорода как топлива показывает новые способы развития транспортной отрасли без CO2 и даем нам возможность сделать эти отрасли более устойчивыми, особенно в таких областях, как железнодорожное машиностроение и транспортировка тяжелых грузов», — отметили организаторы церемонии.

В 2020 году в Японии намерены запустить поезда на водородных топливных элементах. О разработке эко-поездов заявили в железнодорожной компании JR Хигаси Нихон.

«На крышах вагонов будут размещаться емкости для водорода, а под полом — топливные элементы, — говорят разработчики. — Топливные элементы будут производить электроэнергию благодаря химической реакции водорода в емкостях с атмосферным кислородом».

По расчетам представителей компании, при полной заправке поезд сможет преодолевать около 140 километров.

В 2022 году Франция так же перейдет на водородные поезда. В ближайшее время специалисты займутся технико-экономическим обоснованием перехода на водород.

Мало просто поставить водородные топливные элементы на поезда, нужно также создать инфраструктуру для их заправки и хранения. Один из перспективных вариантов — использование инфраструктуры совместно с другими типами транспорта и возможно, для отопления домов.

Японский автомобильный гигант Toyota начал серийное производство первого в мире автомобиля с водородным двигателем. Новый седан «Mirai» работает только на водороде, а вместо вредных выхлопов производит чистую воду. По словам конструкторов, одной заправки хватит на 650 км пути.

Японский автомобильный завод Toyota начнёт продавать свой первый водородный седан «Mirai» внутри страны в декабре, с 2016 года анонсировано начало продаж в США.

Цена новинки в Японии составит около $60 тыс. При этом правительство страны объявило, что все покупатели экологичных седанов получат от государства субсидии в размере $17 тыс.

Так как «Mirai» ездит на водороде, ему требуются специальные заправочные станции. Сам процесс заправки автомобиля занимает всего несколько минут. При этом, по данным производителя, на полном баке седан может проехать около 650 км, а стоимость заправки бака в расчете на 100 км составляет $1.

В компании Hyundai утверждают, что за один час водородный кроссовер Nexo может очистить 26,9 килограмма воздуха. Он будет передвигаться по самым загруженным и загрязненным дорогам британской столицы.

Специалисты компании Hyundai и Университетского колледжа Лондона составили карту самых загруженных и загрязненных дорог британской столицы. В рамках проекта Clean Driving очистить воздух от вредных примесей планируется с помощью особой системы фильтрации водородного кроссовера Nexo.

Водородный кроссовер Nexo очищает воздух
Данные о содержании оксида азота и твердых частиц в воздухе специалисты Hyundai и UCL получили из исследования Королевского колледжа Лондона. На их основе составили карту с указанием уровня загрязнений в каждом районе города.

Через дороги, где количество вредных веществ в воздухе не соответствует экологическим нормам, проложили маршрут для «зеленого» кроссовера. Hyundai утверждает, что за один час Nexo может очистить 26,9 килограмма воздуха — столько за тот же отрезок времени вдыхает 42 взрослых человека.

В будущем эффект от вывода на дороги 10 тысяч водородных кроссоверов будет таким же, как от посадки 600 тысяч деревьев. Достигаться это будет за счет трехступенчатой системы фильтрации, которая очищает предназначенный для охлаждения топливных элементов воздух и удаляет из него до 99,9 процента вредных примесей.

В движение Hyundai Nexo приводит электромотор мощностью 113 киловатт (154 лошадиные силы) и 395 Нм крутящего момента, который питается от тягового аккумулятора и блока топливных элементов. Запас хода водородного кроссовера составляет около 600 километров.

Компания Hyperloop Transportation Technologies (известная также как HyperloopTT) анонсировала начало строительство своей первой коммерческой линии в Абу Даби. Кроме того, компания будет строить еще и XO Square Innovation Center, а также Hyperloop Experience Center. Активная фаза строительства стартует в третьем квартале 2019 года.

Все это стало возможным благодаря договоренности компании и руководства Абу Даби. Государственный фонд предоставил HyperloopTT инвестиции, благодаря которым компания сможет развиваться дальше. Кстати, это именно тот фонд, который по слухам, ранее собирался выкупить часть акций компании Tesla Motors Inc.

Что касается транспортной линии, она не будет слишком большой — на первых порах ее протяженность составит всего около 10 километров. В дальнейшем ветка должна объединить Абу Даби и Дубай.

Стоит отметить, что инвестиции получает не только HyperloopTT, но и прямой конкурент этой компании — Virgin Hyperloop One. Первая компания привлекла $31,2 млн, вторая — $196,2 соответственно. Оба стартапа занимаются изучением возможности создания веток скоростного транспорта в различных регионах мира, а также конструкционных особенностей самого «вакуумного поезда».

К сожалению, пока что ни одна из компаний, которые реализуют идею создания сети туннелей с разреженным воздухом внутри, по которым циркулируют капсулы на магнитных подушках, не смогла добиться теоретически достижимых скоростей — речь идет о скоростях выше 1000 км/ч. Максимальный результат, что был показан до сих пор — около 400 км/ч, не более.

Тем не менее, компании продолжают работу, и строят тестовые тоннели в различных уголках мира. Так, Hyperloop TT реализовывает еще и транспортную инфраструктуру в Тулузе, Франция. Это не коммерческий, а тестовый проект, который тоже сложно назвать масштабным. Компания Virgin Hyperloop One строит аналогичную структуру в Неваде, США.

HyperloopTT при помощи международной группы дизайнеров Dar Al-Handasah будет строить как транспортную линию, так и периферийные здания и сооружения. Dar Al-Handasah, по словам представителей компании, собрала лучших специалистов из США, Испании и Великобритании.

Интересно, что конкуренты под предводительством Ричарда Брэнсона будут строить тестовую линию в соседнем Дубае. Эта компания обещает создать функциональную коммерческую магистраль Hyperloop уже к 2020 году. Правда, обещанная в 2017 году демонстрация тестового варианта полноценной трассы не была проведена, так что пока неясно, на какой стадии находится проект.

Ранее также сообщалось, что компания Hyperloop TT договорилась с правительством Китая о создании трассы и в этой стране — речь идет об одной из провинций, Гуйчжоу. Длина ветки — всего 10 км, и пока неясно, какие населенные пункты она будет соединять. Но это будет полноценная трасса, а не испытательный «стенд». Плюс ко всему, HTT собирается открыть дочернюю компанию в Поднебесной, что позволит стать «своими» для китайского правительства. В этом случае трассу будут строить китайцы, а сама компания представит экспертизу.