Топливные элементы на водороде работают на водороде. Звучит достаточно просто. Проблема заключается в том, что водород не существует на Земле в элементарной форме. Это самый распространённый элемент во Вселенной. Здесь он заключён внутри соединений. Чтобы использовать его, необходимо извлечь водород из ископаемого топлива или воды. Этот процесс извлечения требует энергии. Тепла. Света. Электричества. Вам нужен внешний источник, чтобы высвободить водород.
Это создаёт серьёзное препятствие для автомобильного применения. Вы не можете просто взять и использовать чистую жилу водорода в земле. Сначала необходимо произвести топливо.
Эффективность чистого водорода
Некоторые топливные элементы используют чистый водород. Водород извлекается до того, как попадает в систему. Этот метод эффективен. Топливный элемент на чистом водороде обычно достигает 80-процентной энергоэффективности. Это означает, что 80 процентов энергетического потенциала водорода преобразуется непосредственно в электричество.
Но электричество не вращает колёса. Оно должно превратиться в механическую энергию. Если учесть этот этап преобразования, общая эффективность снижается. От водорода к механическому движению топливный элемент на чистом водороде работает с эффективностью около 64 процентов. Это не идеальная система. Но она является стандартом для высокопроизводительных транспортных средств с чистыми источниками энергии.
Сложности с паровым риформингом
Не все системы используют чистый водород. Некоторые полагаются на водородный риформер. Это устройство располагается между источником топлива и топливным элементом. Оно извлекает водород из углеводородов или спиртов, а затем подаёт этот водород в элемент.
Риформер должен работать интенсивно. Он должен очищать водород. Он должен отделять топливо от тепла и побочных газов, образующихся в процессе риформинга. Даже при использовании передовых технологий выходной продукт не такой чистый, как при прямом использовании водорода.
Поскольку водород менее чистый, система страдает. Общая энергоэффективность топливного элемента, требующего водородного риформера, ниже, чем у элемента, работающего на чистом водороде. Вы теряете энергию на этапе риформинга. Вы теряете её на этапе очистки. Вы теряете её при преобразовании.
Стоит ли этот компромисс того? Возможно. Если у вас есть стабильный источник бензина или этанола, риформер позволяет создать водородный автомобиль без инфраструктуры для чистого водорода. Но эффективность страдает. Риформер — это вынужденная мера в некоторых контекстах. В других случаях он просто становится узким местом.
Наука говорит чётко. Чистый водород выигрывает по эффективности. Но инфраструктура несовершенна. Мы всё ещё определяем, где размещать заправочные станции. И как улучшить риформеры. Разрыв между лабораторными показателями и реальными дорогами остаётся широким.
