JCB і водневе пальне: нова модель екологічно чистого екскаватора

У липні британська компанія JCB повідомила про успішні випробування першого в світі екскаватора з принципово новим джерелом енергії. Двигун і прилади екскаватора JCB 220Х Hydrogen отримують електроенергію від водневих паливних елементів.

Випробування тривають

JCB 220Х Hydrogen – прототип майбутньої серійної машини. Він створений на базі широко відомого дизельного екскаватора JCB 220:

• довжина JCB 220 – 9,5 м;
• ширина – 2,9 м;
• висота – 3,05 м;
• колісна база має довжину 3,37 м.

JCB 220Х Hydrogen – продовження політики компанії спрямованої на скорочення викидів вуглецю. До цього виробник налагодив випуск екологічно чистих електричних міні-екскаваторів JCB 19С-1Е і промислових навантажувачів JCB Electric Teletruk 30-19E.

Новий екскаватор оснащений кабіною з підігрівом і кондиціонером CommandPlus:

• в якості шасі 20-ти тонного екскаватора використовуються гусениці шириною 813 мм;
• максимальна глибина копання 6,71 м;
• потужність електродвигуна 129 кВт.

При необхідності, короткочасно, зусилля відриву стріли може бути збільшено на 10% – для роботи у складних умовах. Для гарного огляду екскаватор оснащений камерою заднього виду.

Застосування водневих паливних елементів на спецтехніці з електроприводом зменшить залежність від зовнішніх джерел електропостачання. І тим самим буде сприяти її більш широкому використанню.

Після завершення випробувань екскаватор займе своє місце серед серійної продукції компанії. Голова JCB Лорд Бамфорд вважає, що освоєння водню як пального – це майданчик для створення в Сполученому Королівстві провідної світової галузі.

У чому головна новина?

Новинка оснащена приводом на паливних елементах. Про це розповімо докладніше.

Як працює водневий двигун

Іноді стосовно техніки на водневому пальному вживають термін “двигун на водні”. Однак, у будівельній техніці водень не є моторним пальним. Він лише служить джерелом протонів для особливого виду генератора. А електроенергія, яка виробляється генератором, приводить у роботу мотори екскаватора, навантажувача або іншої техніки.

Можливість отримання електроенергії за допомогою водню 180 років тому відкрив відомий вчений з Англії Вільям Гров. Він виявив, що водень і кисень можна об’єднати в молекули води без горіння. При цьому вони будуть виділяти електрику і тепло. Вчений назвав прилад “газова батарея”. Через 111 років вже Френсіс Бекон розробив батарею, яка мала 40 паливних елементів і мала потужність 5 кВт.

Водневий паливний елемент діє наступним чином. На катод надходить кисень, а на покритий каталізатором анод – молекулярний водень. Він дисоціює – втрачає електрони. Ядра атомів водню (протони) проходять до катода крізь шар електроліту. А по зовнішній мережі туди ж рухаються електрони. Попутно вони запускають електроприлади, зокрема електродвигун. Потім, зустрівшись на катоді, електрони, протони і молекули кисню об’єднуються в молекули води.

Новинку швидко освоїли в США – з 1966 року вона забезпечувала електроенергією і водою такі космічні кораблі, як серія “Аполлон”, “Шаттл”, “Буран”.

Водневе пальне: плюси і мінуси

Один паливний елемнт дає напругу близько 0,7 В. Для отримання високої напруги їх об’єднують в масивні батареї. Водневі паливні елементи дуже екологічні: вони не виділяють парникові гази, на виході дають чисту воду, протидіють глобальному потеплінню. Друга важлива перевага водневих джерел живлення – ККД 22%, проти 13% у традиційних бензинових автомобілів.

До інших переваг водневих паливних елементів слід віднести:

• безшумну роботу;
• високий крутний момент на малих обертах, завдяки електродвигунам;
• швидка заправка, майже так само, як заправка бензином або дизелем;
• запас ходу вище, ніж у електромобілів;
• тривалий термін служби;
• стійкість до домішок у водні.

Однак, для широкого застосування водневого пального треба вирішити ряд завдань. Серед них:

• отримання водню в необхідній кількості;
• зберігання і транспортування водню;
• зниження собівартості отримання водню.

Отримання водню

Знайомий багатьом ще зі шкільних дослідів спосіб видобутку водню – взаємодія металів із кислотою. Це шлях швидкий, не вимагає занадто дорогого обладнання. Однак, через високу вартість реагентів добування водню таким способом у промислових масштабах навіть не розглядається.

Найбільш маловитратними на одиницю об’єму водню методом зараз є конверсія метану водяною парою. Для цього природний газ стискають із зусиллям 190 кг/см2 і обробляють паром із температурою 800°С. Отриманий газ містить від 55 до 75% молекулярного водню. Але для цього методу потрібні громіздке, складне і вартісне обладнання – джерела тепла, компресори, апарати для розділення отриманої сировини на домішки і чистий Н2.

Найбільш простий і зручний спосіб – електроліз води. Наприклад, японський Toshiba H2One. Він застосовується на мобільній міні-електростанції. Для роботи вона отримує електроенергію від сонячних батарей, і за годину виробляє 2 м3 газоподібного водню, тобто близько 400 м.

Зберігання водню

У газоподібному вигляді Н2 тримають у металевих посудинах під тиском від 400 до 1000 атм. Якщо газу небагато, його зберігають у сталевих балонах ємністю до 50 л при температурі від – 50 до + 60°С і тиску 200 атм. Балон для 2 кг водню важить 33 кг.

Для зберігання 1 кг рідкого водню вистачить ємності 13,7 л і тиску 40 атм. Однак, температура при цьому повинна бути не вище, ніж – 158°С.

Вартість енергії

Вартість водню на заправці Shell у Німеччині становить 7,21 євро за кілограм.

Цього вистачає щоб проїхати на автомобілі 100 км. Споживання водневого авто відповідає середній витраті седана з бензиновим двигуном 1,6 літра. Якраз висока собівартість і стримує загальний перехід на водневу енергетику.

На сьогодні світ перебуває тільки на початку процесу освоєння нового джерела енергії. Тому є надія, що незабаром вдасться істотно його здешевити. Так, застосувавши нові матеріали і конструкції, питому вагу газових балонів можна знизити до 8-10 кг на 1 кг водню. Виробники спецтехніки вважають, що розвиток водневої енергетики зробить можливим навіть створення кар’єрного екскаватора з водневими паливними елементами.