Question

Почему заменить сгорание бензина сжиганием водорода стоит так дорого?

Answer 1

Бензин получать (из нефти) достаточно просто. Бензин (и другие виды жидких топлив) - жидкости, они легко перемещаются из одного сосуда в другой простым переливанием, их удобно хранить и транспортировать. Удельная теплота сгорания бензина 42...44 МДж/кг или принимая плотность бензина 0,85 кг/л, теплота сгорания 1 л бензина 35,7...37,4 МДж/л.

Удельная теплота сгорания водорода 120,9 МДж/кг, при плотности 89.9 г/м³ 1 кг водорода займёт 11,12 м^3 (кубических метров). Значит теплота сгорания 1 л водорода составит 120,9/11120=0,010869 МДж/л, т.е. в 3300-3400 раз меньше теплоты сгорания бензина. Поэтому водород нужно использовать в баллонах под огромным давлением, но это очень опасно. Но самое главное, получать водород значительно труднее и дороже, чем бензин.

Наверное всем приходилось видеть кислородные баллоны. Водородные баллоны такого же размера, весят более 80 кг, и вмещают 1 кг водорода. 1 такой баллон по энергии эквивалентен 3 л бензина. Что проще залить в машину 3 л бензина или присоединить к топливной системе баллон водорода массой 80 кг (его же нужно таскать). Но это 1 баллон (3 л бензина).А если Вам в поездку нужно 45 л бензина? В бензобак залил и поехал. А на водороде нужно 15 баллонов.

Поэтому, в рядовых ситуациях в ближайшие лет 100 водород НЕ ЗАМЕНИТ бензин.

Answer 2

Проблема не только в хранении водорода. В конце концов, эта проблема худо-бедно решается сжижением водорода или его хранением в титановой губке (титан, и некоторые другие материалы), способен впитывать водород, причём эквивалентное давление - по количеству впитанного водорода - составляет сотни атмосфер).

Другая проблема, причём не менее серьёзная, - двигатель. Водород способен при сгорании развивать куда более высокую температуру, чем бензин. До полутора-двух тысяч градусов. СО школьного курса физики известно, что кпд теплового двигателя тем выше, чем выше температура нагревателя. Так что водородный двигатель в принципе мог бы обладать кпд, вдвое превышающим кпд бензинового двигателя (это тоже одна из причин, почему многие фирмы ханимаются водороными ДВС).

Но традиционные материалы просто не могут работать при таких температурах, поэтому для применения водорода пытаются создать керамический ДВС. По крайней мере керамический блок цилиндров. К сожалению, керамика как конструкционный материал сильно уступает металлу: она хрупкая. У металлических двигателей микротрещины способны даже зарастать, у керамических - только развиваться, поэтому срок службы керамических двигателей катастрофически ниже, чем у металлических. Хотя БМВ и, по-моему, Хонда до сих пор ведут разработки таких двигателей.

Можно, конечно, использовать в конструкции цилиндров жаропрочные сплавы, но это резко - РЕЗКО - удорожает и утяжеляет всю конструкцию.

Ну или искусственно снижать температуру, которая развивается в таком двигателе. Автомобили на водороде уже ездят (тот же БМВ изготовил несколько эксприментальных машин), но в серию пока не пошли.

И до тех пор, пока термоядерная энергетика не обеспечит нас дешёвым водородом, - не пойдут.

Answer 3

Водород сам по себе, очень взрывоопасный газ и для чтобы его можно было использовать в двигателе внутреннего сгорания - двигатель должен быть другой конструкции, гораздо сложнее чем бензиновый, к тому же система подачи топлива (водорода) пока только проходит стадии разработки и тестирования. Думаю при моей жизни, в серию, двигатели работающие на водороде не запустит ни один производитель.