Очень экономная Тойота Мирай. Будущее уже пришло — серийный авто на водороде

Рассмотрим Тойота Мирай на водороде. Посмотрим какой у Toyota Mirai расход топлива.

В каком-то смысле будущее уже пришло. Пока другие думают, Тойота как обычно взяла и создала серийный автомобиль на водороде. До этого они создали успешные гибриды Тойота Приус. Которых уже миллионы в мире (в основном в США и Японии), б\у больше всего в Монголии! Довольно много их и в странах СНГ.

Ибо в Монголии нефти нет, бензин завозной из России и они его экономят. Расход Тойота Приус в среднем 5 л на 100 км пути хоть в пробках, хоть на шоссе на скорости до 100 км/ч. Есть у Тойота и электромобили и прожорливые джипы и просто авто с дизельными и бензиновыми моторами. Посмотрим, что у них получилось на водороде.

Тойота Мирай на водороде

Тойота Мирай фото двух поколений представлены по тексту статьи.

Предыстория использования водорода

Водород (H2) человечеством используется давно. Это природный газ, которого в чистом виде практически нигде нет. Он входит в соединение воды, всех органических существ Планеты земля. Находится в составе различных газовых и твердых соединений. Огромные запасы H3, как топлива будущего, находятся на Луне в составе ее грунта. Что пригодится для обеспечения энергией будущих поселений на Луне. Такие проекты на полном серьезе уже разрабатываются передовыми странами, включая Россию.

Водород нужно создавать, вычленяя его из газов типа метана или пропана или из перечисленных выше соединений. Он есть в составе всех видов углеводородов. Но самое перспективное — получать его из пресной воды. Самый чистый способ — путем электролиза. Когда через воду пропускается ток высокого напряжения и она разлагается на две составляющие H2 и O2. Примерно тоже самое происходит внутри Тойота Мирай на водороде. Только обратная реакция — водород в топливных элементах соединяют с кислородом, а получающийся при этом ток направляют в электродвигатель.

Ранее и сейчас водород получают в основном грязным способом из состава газов. Из-за чего в атмосферу в качестве остатков химической реакции выделяется много углекислого газа. Сейчас водород применяется в производстве удобрений для повышения урожайности. И как чистейшее и мощное топливо во вторых ступенях ракет. Ракета Энергия для Бурана летала на водороде, как и американская Аполлон на Луну.

Тойота Мирай на водороде

Изначально он использовался в дирижаблях. Но пара крупных аварий с жертвами (граф Цеппелин в США и над Северным полюсом) временно поставили на нем крест.

Главная проблема водорода — утечки. Он постепенно буквально разъедает почти любую оболочку, в которой хранится, пытаясь соединиться в кислородом и образует воду. При наличии в этот момент искры — детонирует мгновенно, как бензин.

В конце 90-х научились делать материалы, которые водород разъедает дольше, чем они служат в устройствах до их утилизации. Что послужило основой для создания Тойота Мирай на водороде.

Поэтому зашла речь о его масштабном повсеместном применении в качестве источника энергии для промышленности. Для транспорта, флота, авиации и так далее. И даже для запаса его в твердом виде в хранилищах на случаи перебоев в снабжении.

Современные варианты

Масштабные проекты уже начали реализовывать Германия и Саудовская Аравия на побережье своих морей. Где есть запасы пресной воды впадающих рек или после опреснения. У первой много промышленности на газе в качестве топлива. Вторая понимает, что нефть однажды иссякнет и вкладывает прибыль от ее продажи в новые технологии. Для заправки тех же Тойота Мирай на водороде.

Нефть в будущем станет уделом химической промышленности. Поскольку из нее делается много резины, пластика, полиэтилена, упаковок, масел, смазок, парафины и прочих важных составляющих повседневности. Это слишком ценный ресурс для ее использования в основном в качестве топлива. Как сейчас происходит в до 90% случаев.

Чем хорош водород — получай из воды его сколько хочешь. И у России с ее огромными запасами пресной воды — самые большие перспективы в мире. По сути водород прочим странам Россия в будущем станет поставлять вместо нефти, газа и электричества. Для его производства подключат мощные ресурсы ГЭС и АЭС — для процесса электролиза воды.

Также уже есть опытные компактные электролизные установки на основе ветряков и солнечных батарей, где они нужны для старта производства. Далее электрический ток вырабатывается за счет уже частичного сжигания водорода. Под окислением кислорода и для вращения генератора нужной мощности. Это удел малых населенных пунктов, которым не требуются большие мощности. Подобное уже местами действует в Японии. Когда из-за воздействия стихии океана случаются землетрясения. Завалы или размыв дорог, обильные снегопады. ЛЭП перестают работать и автономная энергетика выходит на первый план.

Тойота Мирай на водороде

Предварительные выводы

В общем, водород в будущем станет универсальным топливом повсеместно вместо метана, пропана, угля, торфа, дров и нефтепродуктов. Опять же он является возобновляемым видом топлива! Его много в составе самой атмосферы. И в пресной воде. Хотя ее всего 1% на Земле из общей массы воды в соленых океанах.

В том числе при сжигании водорода происходит выделение большого количества тепла. Которое отлично используется для обогрева чего угодно.

По сути:

  • Выделяется тепловая энергия при естественном соединении водорода с кислородом.
  • Происходит расширение газа при сжигании водорода под воздействием искры и поддержании горения кислородом. Образуется механическая энергия — в цилиндрах двигателя. Которым можно вращать генератор или напрямую управлять трансмиссией как с обычным ДВС.
  • Из остатков процесса горения — снова образуется вода. Но дистиллированная, без каких-либо примесей, как после дистиллятора. Без песчинок пески, пыли, соли и т п, как бывает после дождя из атмосферы, где всего понемногу содержится. Вода, не проводящая электрический ток (проводит ток — содержание солей в воде). И которую спокойно можно пить прямо из выхлопной трубы. Что уже было показано на ряде видео с Тойота Мирай. Пили воду из стакана, подставленного к выхлопной трубе авто.

Энергия никуда не теряется — а превращается из одного вида в другие (закон сохранения энергии М В Ломоносова). Как и в Тойота Мирай на водороде.

Есть и скоро появятся в продаже в России компактные устройства для туристов. И для отдаленных населенных пунктов (дач, деревень), и на экспорт. Когда из стандартной емкости для газа (пропан или метан) для туристической горелки получают тепло и электричество, пропуская газ через компактный топливный элемент. Для зарядки десятков и сотен гаджетов в походе. В ситуации изоляции и отрыва от привычных источников электроэнергии.

Тойота Мирай на водороде

Вариант водорода для автомобилей

Есть и обратный процесс, когда из чистого водорода получают при соединении с воздухом электрический ток, тепло и воду. Это как раз для автомобилей. Поскольку в авто создать разряд в несколько тысяч вольт как на ГЭС и АЭС почти не возможно или неоправданно дорого.

Проще на привычной газовой заправке залить в авто водород в отдельные баллоны и его использовать в качестве топлива. Причем это можно делать двумя способами.

Либо пропускать водород через набор топливных элементов с мембраной. Где происходит соединение водорода и кислорода. С последующим выделением: электричества, тепла и остатков в виде воды. Этот подход и используется на Тойота Мирай на водороде.

Или как это сделал еще советский молодой инженер в блокадном Ленинграде с осени 1941 — до января 1944 года. Он предложил переоборудовать штатные полуторки (ГАЗ-АА) с бензиновыми моторами под водород. Всего навсего переделал в течение месяца заслонку для подачи газа в карбюратор. И это по своей простоте было даже круче, чем будущая Тойота Мирай на водороде.

Весь мир 1930- гг и в 1940-е и до конца 1950-х гг ездил с использованием газогенераторов. Когда в отдельном баке тлели дрова и образующийся от них газ в качестве топлива поступал в карбюратор. Там он дополнительно смешивался с кислородом из атмосферы и горел в цилиндрах. Мощность и ресурс мотора были меньше, чем на бензине, как и грузоподъемность. Нагара от тления дерева было больше — как в печной трубе. Зато в отсутствии бензина это было дешево. В лесистой России и Европе дерево и дрова были на каждом углу. После войны производство нефтепродуктов увеличилось и такая необходимость отпала.

При сгорании бензина или дизельного топлива, они предварительно распыляются до газообразного состояния. И лишь затем смешиваются с кислородом из атмосферы и подаются в камеры сгорания.

Так что молодой инженер, видя что бензина в блокадном Ленинграде почти нет. А водорода для аэростатов заграждения неба навалом — предложил вполне логичное решение. Первый автомобиль взорвался. На втором концентрацию подачи газа уменьшили и все получилось. В итоге переоборудовали 500 полуторок ГАЗ-АА и они до конца блокады ездили без каких-либо проблем. Выполняли кучу повседневных задач. Все были изношены и списаны, не осталось ни одной даже для музея.

Можно сказать, что СССР первым массово вынуждено мелкосерийно применил водород на автомобилях.

Суть изобретения в блокадном Ленинграде

В системе ПВО Ленинграда активно использовались аэростаты заграждения, которые заполнялись водородом. Однако со временем водород выходил через повреждения в обшивке, а его место заполнялось воздухом. Для пополнения аэростаты необходимо было опускать на землю с помощью лебедок, установленных на автомобилях. Внизу некачественный водород стравливали и заправляли новый.

В городе закончился бензин, не было электричества, а аэростаты были нужны, как воздух. Выход нашел младший воентехник полка аэростатов, талантливый механик-самоучка Борис Шелищ. Он предложил использовать в качестве топлива загрязненный водород. Система и сейчас поражает своей гениальной простотой.

Тойота Мирай на водороде

Отработанный водород из аэростата через шланг подавался к впускному коллектору двигателя «Полуторки», а далее через технологический переходник непосредственно в цилиндры. Дозировка топливной смеси водорода и кислорода осуществлялась с помощью дроссельной заслонки и педали акселератора.

Но первый опыт чуть не закончился трагически – произошел взрыв смеси. Тогда Борис Шелищ предложил сделать водяной затвор: использованный огнетушитель заполнили водой и смесь теперь всасывалась через воду без опасности взрыва.

За годы блокады на водород было переведено несколько сот автомобилей. Однако после ее снятия их опять перевели на обычное топливо, а гениальное изобретение на долгие годы легло в архив. Можно сказать что первый мелкосерийный автомобиль на водороде в мире появился именно в СССР!

Тойота Мирай на водороде такое и не снилось. Японцы сделали сложнее и дороже. Но см ниже, они вернутся к водороду в ДВС.

Опыты СССР

Опять же продажа водорода выгодна. В бытовых условиях его не получить. А так появятся средства для бюджетов (в виде налогов с продаж) и для окупаемости развития водородных технологий.

Был в СССР и автомобиль на заправке чисто водой еще в 1940 году! Но после смерти его создателя, профессора, идею убрали в далекие сейфы.

В Харькове в 1970-е как один из видов водородомобиля (были и другие), создали на базе ГАЗ-24 Волга. Туда заправляли воду. Энергоустановка по ее разделению на водород была слабой по мощности. Располагалась она в багажнике, съедая его пространство. Поэтому водород до подачи в цилиндры в карбюраторе смешивали примерно пополам с бензином из штатного бака. Конечно, получалась экономия. Но авто — такси оставалось без багажника. Не совсем практично.

Тойота Мирай на водороде

Данные опыты были открытые их одновременно в эпоху нефтяного кризиса проводили в США, Европе, СССР и Японии. Обмен опытом шел беспрепятственно. Весь мир тогда активно искал замену резко подорожавшей нефти. И как только страны ОПЕК возобновили поставки нефти, все опыты с водородом опят отложили на будущее. При этом активно повсеместно внедрили дизельные моторы с их экономией топлива до 30 %.

Альтернативы и невидимые последствия

В те же времена в США даже создали авто на угольной пыли (но она постоянно слипалась в баке и при этом не горела). Добавили мешалки, и все равно это было сложнее, чем с нефтью.

У GM даже было авто с мотором типа как у танка Абрамс и Т-80у с многотопливным двигателем по типу вертолетного (газогенераторный). Отличная экономия, но требует грамотного в обслуживании авто водителя. Нужно выполнять кучу нюансов. Экономия получалась до 40% при той же мощности мотора, что и на бензине.

В итоге ото всего отказались как только мировые рынки снова насытились нефтью. Одно но — выбросов с введением норм Евро-1,2,3,4,5,6 с начала 90-х гг стало гораздо меньше. Из-за чего ранее люди начали получать генетические наследственные заболевания. Особенно увеличение случаев аллергии, астмы и рака. Цинк и свинец при сгорании топлива незаметно оседают в легких людей и на поверхности всех окружающих предметов, давая неприятные последствия во всех живых организмах.

Ситуацию спас один американский ученый. Наглядно показав весь вред от цинковых соединений. После чего сначала на заводах, а потом повсеместно и на авто стали ставить катализаторы, нейтрализаторы выхлопов. И отказались от 2-х тактных моторов с гораздо большим количеством выхлопов.

Обзор Тойота Мирай

Исходя из вышесказанного, к чему пришли японцы в конструкции Тойота Мирай первого поколения. Появился авто в продаже в 2015 году.

1 Это электромобиль, у которого электричество вырабатывается в топливных элементах из водорода, заправляемого в два баллона. У нее задний привод. Тойота Мирай двигатель — это электродвигатель.

2 В два баллона под высоким давлением помещается до 2 и 3 литра соответственно.

3 Топливо закачивается в баллоны под давлением либо 350, либо 750 атмосфер. Если при 350 атмосфер — то топлива входит меньше и хватит его на меньшее расстояние в пути.

4 Пять литров водорода под давлением 750 атмосфер хватает примерно на 600 км пробега. Зимой чуть меньше, летом чуть больше.

5 Электромотор под капотом стоит на 150 л с. Топливные элементы стоят под днищем. А два баллона под задним сиденьем и под полом багажника. Выделяемое при реакции тепло — поступает на обогрев всего необходимого в авто. А летом, как лишнее — испаряется в атмосферу.

Тойота Мирай на водороде

На фото выше — Тойота Мирай в России в Черноголовке Московской области.

6 Выпущено было несколько тысяч автомобилей. В основном они попали на рынок США и самой Японии. В прочие страны, включая Россию, по несколько штук.

7 Заправляется авто водородом полностью за 30 секунд. А электромобиль — часами по ночам, когда дешевле.

8 Весит авто 2 тонны! При этом его кузов взят от Тойота Приус и сделан таким образом, чтобы максимально снизить его вес и аэродинамическое сопротивление воздуха при движении. От чего внутри салона не так уж просторно. Но в отличие от электромобилей типа Тесла, он вполне подходит для междугородних шоссе. И не требует дозаправки в пути. Вы уверенно проедите 550-700 км (зима — лето). При этом спокойно будете пользоваться кондиционером, отопителем и всеми электронными помощниками. Его смело можно назвать междугородним автомобилем. В то время как почти все электромобили — в 99% случаев для города.

Отличия Тойота Мирай 2 поколения

Второе поколение авто Тойота Мирай 2021 появилось в продаже в 2021 году.

Тойота Мирай на водороде

1 Кузов стал симпатичнее, больше в размерах и эргономичнее в удобстве его использования. Но он по прежнему для четверых человек. Пятый пассажир — если только на короткое расстояние. Ему в целом неудобно в сзади посредине.

2 Электромотор стал мощнее и уже на 180 л с.

3 Динамика стала лучше. Разгон до 100 км/ч в районе 7-8 секунд. До этого было в  районе 16 секунд.

4 Запас хода увеличился до 1100 км пробега!

5 Привод для лучшего комфорта передвижения стал задним.

Можно сказать, что уже достигнут паритет с обычными авто седанами. Дальше этот успех можно масштабировать для прочих видов автомобилей.

Конечно, эти и прочие параметры еще будут совершенствовать и мы узнаем и услышим много нового.

Идеи для будущих Тойот и всех автоконцернов мира

Что примечательно. На этом водородном авто лично сам глава компании Тойота стал участвовать в гонках на ровне с обычными авто с ДВС! И пришел к выводу — все новое хорошо забытое старое. Тойота Мирай сейчас стоит около 7 млн рублей. Что для большинства людей не по карману. Тойота традиционно — доступный по цене автомобиль для народа. Визитная карточка Японии. Второй в мире по капитализации автоконцерн, после Тесла. Фольцваген на 3-ем месте и так далее. Электромобиль — не для большинства людей при своей дороге цене!

В итоге, помните выше см был описан опыт СССР в 1941-44 гг в блокадном Ленинграде? Глава компании Тойота, после гонок лично за рулем Toyota Mirai, подумал и поставил новую задачу: применить водород в обычных ДВС! Конечно, такой подход станет более масштабным и прорывным для всех стран мира.

Еще на заре 20 века электромобилей выпускалось гораздо больше, чем паровых, газовых авто и в том числе — с ДВС. На них тоже были гонки и пробеги. Но внедрение конвейера Генри Фордом поставило крест на электромобилях. А именно — цена производства кузовов, ДВС, КПП, мостов и прочего из дешевых материалов оказалась проще и дешевле (сталь, чугун, дерево, кожа, стекло, резина и т п). Не смотря на гораздо большую номенклатуру деталей. Чем производство из цветных дорогих металлов небольшой по номенклатуре начинки электромобилей. Тогда уже были станции по аренде или замене АКБ в пути, без необходимости их долгого по времени заряда.

Тойота Мирай на водороде

Существовал и электромобиль от самого изобретателя большинства видов электротехники 20 века — от ученого Никола Тесла. Он работал на токе, отбираемого от магнитного поля Земли. Которая сама по себе представляет собой огромный конденсатор емкостью 1 фарад и мы живем на поверхности одной из его обкладок. Но эта тайна способа заряжания авто ушла вместе с ним. Осталась только идея. Возможно, в будущем, кто-то ее реализует повторно.

Ответ на поверхности

Сегодня ДВС повсеместны. Их производят и используют все страны мира. Они дешевы, всесторонне изучены и освоены. Делаются из дешевых массовых материалов, отлично утилизируются. Авто с ГБО ни кого не удивишь. Уже тягачи фур ездят с баками с жидким метаном. А если вместо пропана и метана в обычные моторы пустить водород, то сразу решается куча современных проблем!

1 Не требуется кардинальной переделки существующих авто, заводов по их производству, мастерских по обслуживанию. Они также будут дешевыми и доступными для всех, но на водороде. С полной заправкой баков в течение 30 секунд.

2 Само топливо в несколько раз дешевле бензина и дизеля. И оно возобновляемое, то есть бесконечное в природе.

3 Вопрос экологии сразу отпадает. Никаких выхлопов, кроме воды. Экология городов и на планете в целом станет на порядок чище!

4 Резко встанет вопрос о производстве большого количества водорода и получит быстрое развитие. Возобновляемого топлива без вредных выхлопов!

5 Дорогие электромобили станут никому не нужны. Они уже сейчас стоят как минимум на 30% дороже обычных авто.

6 Не нужно будет зависеть от добычи редкоземельных и цветных металлов, типа лития в штучных странах мира. А также от их дорогого производства с применением большого количества пресной воды и электричества. При извлечении в малых объемах из огромного количества руды.

Мода на электромобили во второй раз в истории канет в небытие. Тойота Мирай на водороде — лишь робкое начало!

Что сейчас с водородом в России

Компания ГАЗ и компания по производству автомобилей Аурус на полном серьезе заявили и показали прототипы на водороде. Их производство планируется развернуть в течение 10 лет. Такое сочетание слов как: водород авто Россия — также скоро станет реальностью.

Кроме того, в Санкт-Петербурге проходит испытание трамвай на водороде. Результаты весьма успешны. Это позволит отказаться от контактной сети и питающих электроподстанций. А кроме того, позволит расширить маршруты за пределы города.

Компания КАМАЗ, которая уже несколько лет занимается производством электробусов, показала прототип на водороде. Водоробусы планируют начать поставлять в города до 2030 года.

Не отстает и авиация. В США уже есть коммерческий самолет на 15-20 пассажиров типа бизнес джета. Европа близка к созданию подобного самолета с перспективой до массового применения в обычных лайнерах типа AirBus 320. В России испытывают самолет на 2-4 человек.

Германия с 1990-х гг использует водород в качестве топлива на своих подводных лодках. Что на порядок увеличило их плавание под водой без всплытия!

Не проблема использовать водород в дизелях торгового флота и в локомотивах железных дорог.

Единственная водородная заправка на 350 атмосфер есть в подмосковной Черноголовке в Ногинском районе. Там, собственно, работают отечественные ученые с образцом самолета на водороде. А также с летающими коптерами — будущие доставщики на дом и для зондирования различных процессов на Земле. Также там экспериментируют с экземпляром Тойота Мирай на водороде. Это сейчас единственная действующая Тойота Мирай в России.

В самой Черноголовке отличный большой государственный музей военной и разной техники. Где на входе стоит пример авиации будущего — ранее летавший прототип экранолета ЭКИП (экология и прогресс) в автоматическом режиме на высотах до 12 км! В нем в том числе предполагалась идея использования водного пара, содержащегося в атмосфере. Прямо в полете — для его преобразования в водород в качестве топлива!

А что сейчас в мире с развитием техники на водороде?

На Украине в ближайший год группа изобретателей-бизнесменов планирует создать, сертифицировать и продавать заправки на водороде. Для массового потребителя тех же Toyota Mirai. Для тех, кто уже хочет пользоваться серийной Тойота Мирай на водороде.

В Китае уже есть подобные нелегальные заправки водородом с помощью мощного компрессора из баллонов с водородом. Ранее на той же Украине, чуть не с АлиЭкспреса, заказывали и устанавливали в частных домах заправки на метане. Там главная особенность — высокое давление компрессора. В результате те, у кого подведены трубы  от магистралей, метан для дома, могли в личных целях, не ездя на дальние заправки — заправлять в домашних условиях свои авто метаном. Очень удобно и практично. Так что практика заправки авто газом на той же Украине весьма развита!

Ребята из проекта на «Буханке вокруг света» (на УАЗе 452 вагонной компоновки), когда проезжали самые бедные и отсталые страны Африки, сказали, что не было никаких проблем с заправками пропаном. Почти повсеместно там использовались самодельные заправки на основе компрессоров. И везде они без проблем заправлялись пропаном.

Согласно современной статистике в той же Японии пока меньше 200 заправок водородом. В США около 150 и они в основном расположены в силиконовой долине — в штате Калифорния. В прочих странах их менее 10. Но как говорится все впереди.

Автомобиль на водороде по идее должен стать реальностью для большинства к 2030-35 гг.

Всем удачи по жизни и на дорогах!

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector