JCB и водородное топливо: новая модель экологически чистого экскаватора

Статьи Технологии

2 Сен 2020, 12:37

eye-icon

20

comment-icon

0

В июле британская компания JCB сообщила об успешных испытаниях первого в мире экскаватора с принципиально новым источником энергии. Двигатель и приборы экскаватора JCB 220Х Hydrogen получают электроэнергию от водородных топливных элементов.

Испытания продолжаются

JCB 220Х Hydrogen – прототип будущей серийной машины. Он создан на базе широко известного дизельного экскаватора JCB 220:

  • длина JCB 220 — 9,5 м;
  • ширина — 2,9 м;
  • высота — 3,05 м;
  • колесная база имеет длину 3,37 м.
JCB 220Х Hydrogen — прототип будущей серійной машины.

JCB 220Х Hydrogen – продолжение политики компании направленной на сокращение выбросов углерода. До этого производитель наладил выпуск экологически чистых электрических мини-экскаваторов JCB 19С-1Е и промышленных вилочных погрузчиков JCB Electric Teletruk 30-19E.

Новый экскаватор оснащен кабиной с подогревом и кондиционером CommandPlus:

  • в качестве шасси 20-ти тонного экскаватора используются гусеницы шириной 813 мм;
  • максимальная глубина копания 6,71 м; 
  • мощность электродвигателя 129 кВт.

При необходимости, кратковременно, усилие отрыва стрелы может быть увеличено на 10% — для работы в сложных условиях. Для хорошего обзора экскаватор оснащен камерой заднего вида.

За год испытаний, которые прошел прототип новой землеройной машины, подтверждены все расчетные характеристики. Продолжительность работы от заправки до заправки и наилучшая производительность машины будут определены после завершения испытаний.

Применение водородных топливных элементов на спецтехнике с электроприводом уменьшит зависимость от внешних источников электроснабжения. И тем самым будет способствовать ее более широкому использованию.

После завершения испытаний экскаватор займет свое место в числе серийной продукции компании. Председатель JCB Лорд Бамфорд считает, что освоение водорода как топлива – это площадка для создания в Соединенном Королевстве ведущей мировой отрасли.

В чем главная новость?

Новинка оснащена приводом на топливных элементах. Об этом расскажем подробнее.

Как работает водородный двигатель

Иногда применительно к технике на водородном топливе употребляют термин «двигатель на водороде». Однако, в строительной технике водород не является моторным топливом. Он лишь служит источником протонов для особого вида генератора. А вырабатываемая генератором электроэнергия приводит в работу моторы экскаватора, погрузчика или другой техники.

Уильям Грове открыл созможность получения энергии при помощи водорода.

Возможность получения электроэнергии при помощи водорода 180 лет назад открыл известный ученый из Англии Уильям Роберт Грове. Он обнаружил, что водород и кислород можно объединить в молекулы воды без горения. При этом они будут выделять электричество и тепло. Ученый назвал прибор “газовая батарея”. Спустя 111 лет уже Фрэнсис Бэкон разработал батарею, которая состояла имела 40 топливных элементов и имела мощность 5 кВт. 

Водородный топливный элемент действует следующим образом. На катод поступает кислород, а на покрытый катализатором анод – молекулярный водород. Он диссоциирует – теряет электроны. Ядра атомов водорода (протоны) проходят к катоду сквозь слой электролита. А по внешней сети туда же движутся электроны. По пути они приводят в действие электроприборы, в частности электродвигатель. Потом, встретившись на катоде, электроны, протоны и молекулы кислорода объединяются в молекулы воды.

Новинку быстро освоили в США — с 1966 года она обеспечивала электроэнергией и водой такие космические корабли, как серия «Аполлон», «Шаттл», «Буран».

Водородное топливо: плюсы и минусы 

Один топливный элемент дает напряжение около 0,7 В. Для получения высокого напряжения их объединяют в массивные батареи. Водородные топливные элементы очень экологичны: они не выделяют парниковые газы, на выхлопе дают чистую воду, противодействуют глобальному потеплению. Второе важное преимущество водородных источников питания – КПД 22%, против 13% у традиционных бензиновых автомобилей.

К другим преимуществам водородных топливных элементов следует отнести: 

  • бесшумную работу;
  • высокий крутящий момент на малых оборотах, благодаря электродвигателям; 
  • быстрая заправка, почти также, как заправляя бензином или дизелем;
  • запас хода выше чем у электромобилей;
  • длительный срок службы;
  • устойчивость (безразличие) к примесям в водороде.

Однако, для широкого применения водородного топлива надо решить ряд задач. Среди них:

  • получение водорода в необходимом количестве;
  • хранение и транспортировка водорода;
  • снижение себестоимости получения водорода.

Получение водорода

Знакомый многим еще со школьных опытов способ добычи водорода – взаимодействие металлов с кислотой. Это путь быстрый, не требует слишком дорогого оборудования. Однако, из-за высокой стоимости реагентов добыча водорода таким способом в промышленных масштабах даже не рассматривается.

Самым малозатратным на единицу объема водорода методом сейчас является конверсия метана водяным паром. Для этого природный газ сжимают с усилием 190 кг/см2 и обрабатывают паром с температурой 800°С. Полученный газ содержит от 55 до 75% молекулярного водорода. Но для этого метода нужны громоздкое, сложное и дорогое оборудование – источники тепла, компрессоры, аппараты для разделения полученного сырья на примеси и чистый Н2.

Мини-электростанция Toshiba H2One.

Наиболее простой и удобный способ – электролиз воды. Например, японский Toshiba H2One. Он применяется на мобильной мини-электростанции. Последняя для работы получает электроэнергию от солнечных батарей, и за час вырабатывает 2 м3 газообразного водорода, т.е около 400 г.

Хранение водорода

В газообразном виде Н2 содержат в металлических сосудах при давлении от 400 до 1000 атм. Если газа немного, его хранят в стальных баллонах емкостью до 50 л при температуре от -50 до +60°С и давлении 200 атм. Баллон для 2 кг водорода весит 33 кг. 

Для хранения 1 кг жидкого водорода хватит емкости 13,7 л и давления 40 атм. Однако, температура при этом должна быть не выше, чем –158°С.

Стоимость энергии

Стоимость водорода на заправке Shell в Германии составляет 7,21 евро за килограмм.

Этого хватает чтобы проехать на автомобиле 100 км. Потребление водородного авто соответствует среднему расходу седана с бензиновым двигателем 1,6 литра. Как раз высокая себестоимость и сдерживает повсеместный переход на водородную энергетику.

На сегодня мир находится только в начале процесса освоения нового источника энергии. Поэтому есть надежда, что вскоре удастся существенно его удешевить. Так, применив новые материалы и конструкции, удельный вес газовых баллонов можно снизить до 8-10 кг на 1 кг водорода. Создатели спецтехники считают, что развитие водородной энергетики сделает возможным даже создание карьерного экскаватора с водородными топливными элементами.

Подпишись на нашу рассылку

Дайджест главных новостей, презентации оборудования, обзоры мероприятий и многое другое.

*

* Эти поля обязательны для заполнения.

Оставить комментарий:

Advertisement

Скреперы K-Tec

Материалы по теме

Укатываемый бетон: серая масса с яркими свойствами

Укатываемый бетон: серая масса с яркими свойствами

Использование укатываемого бетона стало темой "Инфраструктурного клуба". Участники дискуссии искали ответы на вопросы: в чем преимущества данного материала, есть ли у него переспективы и что тормозит применение технологии в Украине?

18 Сен 2020, 10:54

eye-icon

13

comment-icon

0

“Рукавные фильтры”: убирают пыль на 99,9%

“Рукавные фильтры”: убирают пыль на 99,9%

Рукавные фильтры систем аспирации и газоочистки соединили высокое качество очистки, надежность, простоту конструкции и обслуживания.

17 Сен 2020, 14:53

eye-icon

5

comment-icon

0

Микросюрфейсинг и Сларри Сил — эмульсионно-минеральные смеси для защиты дорог: их применение и преимущества

Микросюрфейсинг и Сларри Сил — эмульсионно-минеральные смеси для защиты дорог: их применение и преимущества

Средства, вложенные в строительство дороги, дадут полную отдачу, если за ее поверхностью будет осуществляться надлежащий уход.

13 Авг 2020, 22:45

eye-icon

109

comment-icon

0

Advertisement