Автомобілі на водневих паливних комірках: сучасний стан і перспективи

Автор(и)

  • Руслана Віталіївна Колодницька Державний університет «Житомирська політехніка», Ukraine https://orcid.org/0000-0002-6943-3731
  • Володимир Петрович Шумляківський Державний університет «Житомирська політехніка», Ukraine https://orcid.org/0000-0002-5418-4736

DOI:

https://doi.org/10.26642/ten-2023-2(92)-9-15

Ключові слова:

автомобільний транспорт; автомобілі на паливних комірках; водень; паливні комірки; Advisor Matlab

Анотація

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.

Посилання

«Summary report Exploring the potential for hydrogen development in the New Anglia region and around the Southern North Sea», [Online], available at: https://hydrogeneast.uk/bacton-energy-hub

Alastair, C. Lewis (2021), «Optimising air quality co-benefits in a hydrogen economy: a case for hydrogen-specific standards for NOx emissions», Environ. Sci.: Atmos, Vol. 1, pp. 201.

Kolodnytska, R.V., Yermak, S.O. and Pylypenko, O.M. (2023), «Modeliuvannia avtomobilia na palyvnykh komirkakh u seredovyshchi ADVISOR», Tezy Vseukrainskoi naukovo-praktychnoi konferentsii zdobuvachiv vyshchoi osvity i molodykh uchenykh «Perspektyvy rozvytku mashynobudivnoi inzhenerii ta transportnykh tekhnolohii», 16 travnia, Zhytomyrska politekhnika, Zhytomyr, pp. 15–16.

Béthoux, O. (2020), «Hydrogen Fuel Cell Road Vehicles: State of the Art and Perspectives», Energies, Vol. 13 (21), pp. 5843, doi: 10.3390/en13215843hal-0303037.

Kolodnytska, R.V. (2021), «Problemy i perspektyvy vykorystannia dyzelnoho biopalyva ta vodniu v avtomobilnomu transporti», Materialy IX mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi internet-konferentsii «Problemy i perspektyvy rozvytku avtomobilnoho transportu», 14–15 kvitnia, VNTU, Vinnytsia, pp. 139–144.

Kolodnytska, R.V. and Shumliakivskyi, V.P. (2020), «Avtomobili na vodnevykh palyvnykh komirkakh. Mriia chy realnist dlia Ukrainy?», Tezy XIII mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii «Suchasni tekhnolohii ta perspektyvy rozvytku avtomobilnoho transportu», 26–28 zhovtnia, Zhytomyr, pp. 34–36.

Kolodnytska, R., Kravchenko, A.P., Ilchenko, A.V. and Vasylyev, O. (2019), «Fuel cell vehicles in Ukrainian perspective», International Conference on Sustainable Materials and Energy Technologies, 12th–13th of September, Coventry, UK, p. 30.

Kolodnytska, R.V., Beherskyi, D.B. and Shumliakivskyi, V.P. (2020), «Avtomobili z palyvnymy komirkamy na vodni», Materialy VII mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi internet-konferentsii «Avtomobil i elektronika. Suchasni tekhnolohii», 23–24 lystopada, KhNADU, Kharkiv, pp. 66–68.

Kolodnytska, R., Kravchenko, O., Gerlici, J. and Kravchenko, K. (2022), «The Effects of Biodiesel on NOx Emissions for Automotive Transport», Communications - Scientific Letters of the University of Zilina, Vol. 24 (1), B59–B66.

Kolodnytska, R.V. (2018), «Vykydy oksydiv azotu pry vykorystanni dyzelnoho biopalyva», Visnyk Zhytomyrskoho derzhavnoho tekhnolohichnoho universytetu, Seriia Tekhnichni nauky, Vol. 2, pp. 63–68, [Online], available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Vzhdtu_2018_2_11

Список використаної літератури:

Summary report Exploring the potential for hydrogen development in the New Anglia region and around the Southern North Sea [Electronic resourse]. – Access mode : https://hydrogeneast.uk/bacton-energy-hub.

Alastair C. Lewis Optimising air quality co-benefits in a hydrogen economy: a case for hydrogen-specific standards for NOx emissions / Alastair C. Lewis // Environ. Sci.: Atmos. – 2021. – Vol. 1. – P. 201.

Колодницька Р.В. Моделювання автомобіля на паливних комірках у середовищі ADVISOR / Р.В. Колодницька, С.О. Єрмак, О.М. Пилипенко // Тези Всеукраїнської науково-практичної конференції здобувачів вищої освіти і молодих учених «Перспективи розвитку машинобудівної інженерії та транспортних технологій», 16 травня. – Житомир : Житомирська політехніка, 2023. – С. 15–16.

Béthoux O. Hydrogen Fuel Cell Road Vehicles: State of the Art and Perspectives / O.Béthoux // Energies. – 2020. –Vol. 13 (21). – P. 5843. DOI: 10.3390/en13215843hal-0303037.

Колодницька Р.В. Проблеми і перспективи використання дизельного біопалива та водню в автомобільному транспорті / Р.В. Колодницька // Матеріали IX міжнародної науково-технічної інтернет-конференції «Проблеми і перспективи розвитку автомобільного транспорту», 14–15 квітня. – Вінниця : ВНТУ, 2021. – С. 139–144.

Колодницька Р.В. Автомобілі на водневих паливних комірках. Мрія чи реальність для України? / Р.В. Колодницька, В.П. Шумляківський // Тези XIII міжнародної науково-практичної конференції «Сучасні технології та перспективи розвитку автомобільного транспорту», 26–28 жовтня. – Житомир, 2020. – C. 34–36.

Fuel cell vehicles in Ukrainian perspective / R.Kolodnytska, A.P. Kravchenko, A.V. Ilchenko, O.Vasylyev // International Conference on Sustainable Materials and Energy Technologies, 12th–13th of September. – Coventry, UK, 2019. – P. 30.

Колодницька Р.В. Автомобілі з паливними комірками на водні / Р.В. Колодницька, Д.Б. Бегерський, В.П. Шумляківський // Матеріали VII міжнародної науково-технічної інтернет-конференції «Автомобіль і електроніка. Сучасні технології», 23–24 листопада. – Харків : ХНАДУ, 2020. – С. 66–68.

The Effects of Biodiesel on NOx Emissions for Automotive Transport / R.Kolodnytska, O.Kravchenko, J.Gerlici, K.Kravchenko // Communications - Scientific Letters of the University of Zilina. – 2022. – № 24 (1). – B59–B66.

Колодницька Р.В. Викиди оксидів азоту при використанні дизельного біопалива / Р.В. Колодницька // Вісник Житомирського державного технологічного університету. Серія : Технічні науки. – 2018. – № 2. – С. 63–68 [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://nbuv.gov.ua/UJRN/Vzhdtu_2018_2_11.

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-11-29

Як цитувати

Колодницька, Р. В., & Шумляківський, В. П. (2023). Автомобілі на водневих паливних комірках: сучасний стан і перспективи. Технічна інженерія, (2(92), 9–15. https://doi.org/10.26642/ten-2023-2(92)-9-15

Номер

Розділ

АВТОМОБІЛЬНИЙ ТРАНСПОРТ