Эффективность технологических процессов использования водорода в технике и на автомобильном транспорте

Введение (постановка задачи и актуальность). В статье рассмотрены направления совершенствования транспортных силовых установок и двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с помощью применения газогенераторов водорода.

Цель исследования – анализ различных методов хранения водорода для его использования в транспортных силовых установках, применяемых в технике и на транспорте, а также анализ развития направления использования газогенераторов водорода.

Методология и методы. Анализ информации о производстве и использовании водорода как перспективного топлива для автотранспортных средств. Оценка эффективности методов генерирования водорода из аммиака методом парового риформинга и термическим пиролизом метана.

Результаты. Выполненный анализ методов хранения водорода и его применения в различных сферах техники показал, что использование водорода в составе синтез-газа открывает дополнительные возможности в совершенствовании характеристик силовых установок и энергоэффективности его применения. Подтверждена перспективность аммиака как энергоносителя водорода для тепловых генераторов. Проведённые расчёты показали, что тепловые затраты энергии на генерирование водорода от его сжигания в ДВС составляют 10,7%.

Практическая значимость. Генерирование водорода из аммиака с последующей его подачей в камеру сгорания ДВС обеспечивает высокую эффективность рабочего процесса дизеля. А наличие на борту автомобиля аммиака упрощает организацию каталитического процесса селективного восстановления NOx в дизельном двигателе до экологически безопасного уровня.

1. Раменский A.Ю., Шелищ П.Б., Нефедкин С.И. Применение водорода в качестве моторного топлива для автомобильных двигателей внутреннего сгорания. История, настоящее и перспективы // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. – 2006. – № 11 (43). – С. 63–70.

2. Шабанов А.В., Дунин А.Ю., Ванин В.К. Инновационные разработки по применению водорода на транспортных ДВС и в силовых установках // Известия МГТУ МАМИ. – 2023. – Т. 17. – № 2. – С. 115–126.

3. Дунин А.Ю., Шабанов А.В., Нгуен Т.К., Шатров М.Г., Голубков Л.Н. Улучшения энергетических и экологических показателей дизельного ДВС путём применения водородосодержащей добавки // Известия МГТУ МАМИ. – 2022. – Т. 16. – № 2. – С. 125–133.

4. Кавтарадзе Р.З., Сун Байган, Голосов А.С., Чэн Жунжун, Чжан Цытянь, Чилашвили Г.В. Эффективные показатели водородного двигателя с модифицированной системой топливоподачи при работе на обеднённой смеси // Труды НАМИ. – 2021. – № 3 (286). – С. 58–66. DOI: 10.51187/0135-3152-20213-58-66.

5. Кутенёв В.Ф., Лежнев Л.Ю., Лукшо В.А., Олисевич О.В., Теренченко А.С., Хрипач Н.А. Системы и агрегаты современных автомобильных энергоустановок для автомобилей и автобусов. – М.: Экология. Машиностроение, 2012. – С. 246.

6. Едачёв Д.В., Кутенёв В.Ф., Панчишный В.И. О перспективах водородной энергетики на транспорте // Труды НАМИ. – 2021. – № 2 (285). – С. 58–73. DOI: 10.51187/0135-3152-2021-2-58-73.

7. Водородная энергетика в Китае. PRC.today. Китай сегодня. URL: https://prc.today/vodorodnayaenergetikav-kitae/ (дата обращения: 01.04.2024).

8. Телекова Л.Р., Дияковская А.В. Водород как топливо будущего / Научные исследования и инновации: сборник трудов III Международной научно-практической конференции, Саратов, 2021. – Саратов: НОО «Цифровая наука», 2021. – С. 63–74.

9. Рубан С. Инвестирование в водородные технологии. URL: https://dzen.ru/a/YQkbTIubujYPDKGT (дата обращения: 01.04.2024).

10. Нефть или водород? Электрика, энергетика и тепло. URL: http://energycraft.org/vodorod/neft-ilivodorod.html (дата обращения: 01.04.2024).

11. Щеклеин С., Радченко Р., Мокрушин А., Тюльпа В. Технико-экономическая оценка различных вариантов хранения водорода. URL: https://studme.org/152663/tehnika/tehniko_ekonomicheskaya_otsenka_razlichnyh_variantov_hraneniya_vodoroda (дата обращения: 01.04.2024).

12. Фомин В.М., Каменев В.Ф. Предварительное термохимическое преобразование топлива в системах питания двигателей внутреннего сгорания // Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования. – 2003. – № 1. – С. 59–65.

13. Каким должно быть топливо будущего. Всё, что нужно знать о водородном топливе будущего. Методы получения H2. URL: https://avtoprin.ru/deprivation/kakim-dolzhno-byt-toplivo-budushchegovsechto-nuzhno-znat-o-vodorodnom/ (дата обращения: 01.04.2024).

14. Девянин С.Н., Шабанов А.В., Савастенко А.А. Проблемы развития электропривода АТС // Автомобильная промышленность. – 2021. – № 12. – С. 4–7.

15. Мастепанов А.М. Водородная энергетика России: состояние и перспективы // Энергетическая политика. – 2020. – № 12 (154). – С. 54–65.

16. Макухин C. Спрос на электроэнергию для электромобилей на зарядных станциях РусГидро ставит новый рекорд. Зарядная и заправочная инфраструктура. ИАП «Зелёная точка старта». URL: https://greenstartpoint.ru/spros-na-elektroenergiyu-dlyaelektromobilejna-zaryadnyh-stancziyah-rusgidro-stavitnovyjrekord/ (дата обращения: 01.04.2024).

17. Столяревский А.Я. Технология производства водородометановой смеси для автотранспорта и энергетики // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. – 2009. – № 5 (73). – С. 8–16.

18. Пономарёв-Степной Н.Н., Столяревский А.Я. Атомно-водородная энергетика – пути развития // Энергия: экономика, техника, экология. – 2004. – № 1. – С. 3–9.

19. ГОСТ Р 54114-2010. Передвижные устройства и системы для хранения водорода на основе гидридов металлов. – Введ. 2011-07-01. – М.: Стандартинформ, 2011. – 36 с.

20. Фатеев В.Н., Григорьев С.А., Серёгина Е.А. Водородная энергетика в России и СССР // Российские нанотехнологии. – 2020. – Т. 15. – № 3. – С. 262–279.

21. Шумилин А. Перспективные силовые установки для высокоскоростных летательных аппаратов. URL: https://testpilot.ru/review/hiper/hyper.htm (дата обращения: 01.04.2024).

22. Раменский А.Ю. Применение водорода в качестве топлива для автомобилей. URL: http://www.cleandex.ru/articles/2015/11/06/the_use_of_hydrogen_as_a_fuel_for_cars (дата обращения: 01.04.2024).

23. Каменев В.Ф., Фомин В.М., Хрипач Н.А., Лежнев Л.Ю. Исследования энергетических и экологических показателей работы автомобильного двигателя на бензоводородных топливных композициях // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. – 2005. – № 9 (29). – С. 16–23.

24. Фомин В.М. Повышение эффективности использования альтернативного топлива на транспорте // Известия МГТУ МАМИ. – 2016. – № 2 (28). – С. 84–92.

25. Программа Х-15. NASA. URL: https://astronaut.ru/as_usa/text/rx15.htm (дата обращения: 01.04.2024).

26. Фомин В.М., Каменев В.Ф., Хергеледжи М.В. Бортовое генерирование водородосодержащего газа для транспортных двигателей // Транспорт на альтернативном топливе. – 2013. – № 2 (32). – С. 41–47.

27. Фомин В.М. Эффективное применение водородных энергоресурсов в структуре энергообеспечения АПК // Тракторы и сельхозмашины. – 2014. – № 6. – С.3–7.

28. Савостьянов А.П., Кравченко О.А. Водородная энергетика и технологии. Аммиак-аккумулятор и средство доставки водорода (обзор) // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2021. – № 1. – С. 50–55.

29. Бурцев В.А., Бризицкий О.Ф., Кириллов В.А., Тереньтьев В.Я. Разработка высокоэффективной технологии повышения экономических и экологических характеристик ДВС и устройства для её реализации // Журнал автомобильных инженеров. – 2012. – № 3 (74). – С. 46–49.

30. Климентьев А.Ю., Климентьева А.А. Аммиак – перспективное моторное топливо для безуглеродной экономики // Транспорт на альтернативном топливе. – 2017. – № 3 (57). – С. 32–44.

31. Климентьев А.Ю., Климентьева А.А. Аммиак – перспективное моторное топливо для безуглеродной экономики. Окончание // Транспорт на альтернативном топливе. – 2017. – № 4 (58). – С. 17–27.

32. Liu Z., Woo S.I. Recent advances in catalytic DeNOX science and technology // Catalysis Reviewsscience and Engineering. – 2006. – Vol. 48. – Iss. 1. – P. 43–89. DOI: 10.1080/01614940500439891.

33. Панчишный В.И., Воробьёв И.Ю. К вопросу о моделировании систем нейтрализации автомобильных дизелей // Труды НАМИ. – 2018. – № 4 (275). – С. 23–37.

34. Шабанов А.В., Ванин В.К., Дунин А.Ю., Шатров М.Г. К вопросу снижения оксидов азота в дизельном ДВС организацией его рабочего процесса // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. – 2023. – № 2 (36). – С. 13.

35. На грани космоса: миссия Х-15. URL: https:// pikiabu.ru/story/prodolzhene_posta_na_grani_kosmosa_missiya_kh15_8719969ysclid=loct3ukbuw528474619 (дата обращения: 01.04.2024).

36. Бузилло Э., Савченко В.И., Арутюнов В.С. О механизме превращения метана в некаталитических процессах его термической, паровой и углекислотной конверсии // Нефтехимия. – 2021. – Т. 61. – № 6. – С. 820–826.

37. Захаров С.В. Получение водородосодержащего газа из аммиака и использование его в качестве топлива для ДВС // Омский научный вестник. – 2007. – № 2 (56). – С. 158–161.

38. В Уфе разработали технологию получения водорода путём парового риформинга. ИА «Девон». URL: https://iadevon.ru/news/chemistry/v_ufe_razrabotali_tehnologiyu_polucheniya_vodoroda_putem_parovogo_riforminga-7273/?ysclid=lwa92slfp7382957860 (дата обращения: 01.04.2024).

39. Кузьмин А.М., Кулаков К.В., Кулаков С.В., Ценева С.Н. Особенности конструирования газогенераторов синтез-газа для малотоннажного производства метанола // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. – 2021. – № 3. – С. 124–146.