Fuel CelJs в США

Президент США в 2001 г. призвал своих производителей к снижению зависимости страны от иностранных поставок нефти посредством балансирования нового внутреннего энергообеспечения и новых технологий, обеспечивающих большую энергоэффективность. В начале 2002 г. Минэнергетики США и компании-учредители USCAR: Ford, General Motors и DaimlerChrysler высказывают необходимость приступить к выполнению вновь созданной долгосрочной программы «Freedom CAR» по созданию доступных водородных автомобилей на топливных элементах и заправочной инфраструктуры для водорода.

По оценкам американских экспертов, такие автомобили появятся на рынке не раньше чем нарез 10-20 лет проведения разработок.

Американские специалисты уделяют большое внимание исследованию технологий хранения водорода на борту автомобиля на топливных элементах, поскольку остальные виды топлива оказывают серьёзное негативное воздействие на блоки топливных элементов.

В 1998 г. фирма Lincoln Composites (США) начала работы по исследованиям и разработкам композитных баков, армированных углеродным и стекловолокном, для хранения водорода под высоким давлением на борту автомобиля на топливных элементах.

Баки (353х 2095 мм, 25 МПа) применялись по программе демонстрации автобусов в Германии в тесном сотрудничестве с фирмой Neoplan (Германия). Также фирма LC должна была изготовить 11 прототипов для американских автомобилей на Fuel Cells. Фирма прорабатывала образец армированного бака на рабочее давление в 35 МПа.

Программа IFCV проводилась с целью создания Fuel Cell автомобиля, в конструкции которого хранение водорода на борту предусмотрено по методу метал-гидридов. В осуществлении программы разработки автомобиля на топливных элементах для промышленности (IFCV - Industrial Fuel Cell Vehicle) участвовали Deere &Co, Energy Partners, Southeastern Technology Center, Teledyne Brown, The University of South Carolina, Westinghouse Savannah River Co, York Technical College. По программе были созданы два промышленных автомобиля. На автомобиль второго поколения Gator 2, который представлял собой гибрид (силовая установка на топливных элементах с аккумуляторной батареей), хранение топлива производилось по металлгидридному (FeTiMn) методу.

Образец продемонстрировал 50 ч надёжной работы, после чего задача проекта был выполнена и в начале 2001 г. его закрыли. Масса автомобиля 900 кг. Максимальное время перезаправки такого автомобиля составляло 60 мин. Максимальная круизная скорость 19 км/ч. Время беспрерывной работы после одной заправки около 7 ч (расстояние в 80 км). Масса топлива 2,0 кг. Вместе с тем наиболее перспективным методом хранения водорода «на борту» автомобиля считается метод с использованием нанотехнологий.

Влияние топлива на систему топливных элементов («засорение» блоков, катализатора и всего преобразователя топлива) очень существенное. Министерство энергетики США осуществляет программу по исследованиям, разработкам и испытаниям различных видов топлива для систем топливных элементов (FFC -Fuel for Fuel Cells Program), по которой предусматривается, что система будет использоваться как в одиночку, так и в гибридной конфигурации с батареей. Основной целью программы является база данных по эффектам воздействия того или иного вида топлива на преобразователи топлива и блоки топливных элементов. Работы ведутся по двум путям оценки топлива для Fuel Cells:

- создание инфраструктуры заправки водородом. Препятствием созданию водородного автотранспорта на топливных элементах является отсутствие заправочной инфраструктуры. Коммерческой инфраструктуры заправки автомобилей водородом сейчас не существует. Дешевая компактная система − преобразователь потока с заправочной системой, подобной той, которая используется сейчас на бензозаправочных станциях, представила бы наибольшие гарантии безопасности и экономичного использования водорода для автомобилей. Разработка технологий преобразования метана и его заправки на существующих уже станциях обеспечит необходимую топливную инфраструктуру и пути по использованию экологических альтернативных возобновляемых источников. В этой связи задачей программы FFC является разработка и демонстрация технологий, необходимых для заправки автомобилей водородом в качестве промежуточного решения, пока технологии возобновляемых источников разрабатываются по другим программам. Программа FFC осуществляется в координации с другой программой Министерства энергетики США;

- гибкое преобразование топлива на борту автомобиля. Такое преобразование проводилось при наличии формуляции бензина с основным прицелом на то, что существующая заправочная инфраструктура позволит обеспечить широкое использование автомобилей на топливных элементах за несколько ближайших десятилетий. Начиная с 2004 г., среднее содержание серы в бензине будет понижено до 30 ррm среднего и 80 ррm максимального значений как часть the ЕРА Tier 2 нормы выхлопа для лёгких автомобилей. В настоящее время «национальное» среднее содержание серы в бензинах составляет 300-350 ррm. Сера отравляет катализатор системы топливных элементов. Загрязнённость коммерческого бензина будет оцениваться в сравнении с техническими требованиями к топливным элементам.

Другие виды топлива такие, как дизельное топливо с пониженным содержанием серы, метанол, этанол, жидкости Фишера-Тропса, будут также оцениваться как часть разрабатываемого гибкого процесса преобразования топлива. Именно преобразование топлива (существующих жидких видов) позволит достичь требуемых характеристик систем топливных элементов в транспортном применении по к.п.д., уровню выхлопа, продолжительности службы (табл. 5.2 и 5.3).

Таблица 5.2

Технические целевые характеристики по заправочной инфраструктуре2008

Агрегат Текущая 2004 2008

Таблица 5.3

Технические целевые характеристики для бортового преобразователя топлива

SOFC топливные элементы, по оценкам американских специалистов, в долгосрочной перспективе со стоимостью блока на уровне 100 долл. за кВт или ниже выйдут на рынок в различных вариантах применения - стационарных и дополнительных источников энергии.

В

Проблеме перевода силовой автомобильной электроники на 42 В уделяется большое внимание автостроителями США. По оценкам американских экспертов, переход на 42 В приведёт к миниатюризации электроники, вероятному созданию новой структуры и широкому применению топливных элементов. А также это приведёт к повышению уровня эффективности использования топлива и к.п.д. системы.

USCAR одобрил создание организации, ответственной за осуществление подобного преобразования. Ford, General Motors и Daimler Chrysler признали необходимым присоединиться к исследованиям по переходу на 42 вольтовую архитектуру. С этой целью была сформирована рабочая группа. На заседании в сентябре 2001 г. Совместный комитет по поддержке (the Joint Support Committee) USCAR дал вновь созданной группе официальный статус.