Kodėl vandeniliu varomos dviratinės pasiekia geresnį ištvermės lygį

Energijos tankio pranašumas: H₂ prieš litio jonų akumuliatorius (masės ir tūrio atžvilgiu)

Tai, kas padaro vandenilį tokį patrauklią dviratininkams, yra jo energijos tankis. Jei žiūrėsime pagal masę, viename kilogramo vandenilio yra apie 33,6 kWh energijos. Tai iš tikrųjų daugiau kaip 120 kartų geriau nei tai, ką gali pasiūlyti litio jonų akumuliatoriai – jie turi tik 0,25–0,3 kWh/kg. Dėl to vandeniliu varomi transporto priemonės gali būti žymiai lengvesnės, tačiau vis tiek nuvažiuoti ilgus atstumus. Žinoma, vandenilis turi žemesnį tūrio tankį, tačiau inžinieriai jau išsprendė šią problemą: jie saugo jį labai aukštu slėgiu – nuo 350 iki 700 bar – specialiuose kompozitiniuose balionuose. Tokiu būdu pavyksta saugoti iki 40 gramų vandenilio viename litre. Vairuotojai vienu kartu įpildydami degalų gali tikėtis nuvažiuoti daugiau nei 250 kilometrų – tokio nuvažiuoto atstumo baterijomis varomos elektrinės transporto priemonės negali pasiekti, nepridedamos didelės papildomos masės. Šis gerų energijos savybių pagal masę ir išradingų saugojimo sprendimų derinys suteikia vandeniliu varomoms dviračių transporto priemonėms tikrą pranašumą miestuose judėjant be sunkių baterijų masės.

Kuro papildymo greitis ir veikimo laikas: <3 min. priešingai nei 1–4 val. įkrovimas

Tai, kaip greitai galima papildyti kuro atsargas, lemia viską, kalbant apie tai, kas veikia tikrojoje aplinkoje, o šioje srityje vandenilis tikrai turi pranašumą. Vandeniliu varomi skuterai gali būti papildyti mažiau nei per tris minutes – tai beveik tiek pat greitai, kiek papildoma degalų talpa. Palyginus su litio jonų akumuliatoriais, kuriems pilnai įkrauti reikia nuo vienos iki keturių valandų. Verslo įmonėms, kurios eksplotuoja didelius transporto priemonių parkus, šie skaičiai reiškia žymų padidėjimą faktinės transporto priemonių naudojimo efektyvumo. Pavyzdžiui, pristatymo paslaugų įmonėse vairuotojai, kasdien nuvažiuojantys apie 420 km, beveik niekada nepraleidžia laiko laukdami, kol bus įkrauta jų transporto priemonė. Jie be pertraukos keičia pamainas ir tęsia darbą. Taip pat įprasti miesto gyventojai, kurie kasdien važiuoja į darbą, jaučiasi mažiau įtempti dėl galimos energijos baigties pusėje kelio – jiems nebėra reikalinga praleisti brangias valandas prisijungus prie įkroviklio kur nors. Tuo tarpu elektrinės transporto priemonės priverčia žmones laikytis tam tikrų įkrovimo grafikų, o vandenilis tiesiog leidžia jiems beveik nedelsiant grįžti į darbą – todėl jis vis labiau populiarėja tarp paslaugų, kurių veiksmingumas labiausiai priklauso nuo laiko.

Vandeniliu varomi skuterai realiose eksploatacijos sąlygose

Miestų judėjimo bandymai: Honda Clarity Fuel Cell Skuteris ir HySE-1 duomenys iš Tokijo

Vandenilio motorolerės, išbandytos Tokijo šeivėnose gatvėse, įskaitant Honda (Clarity Fuel Cell) ir HySE-1 modelius, vienoje dujų talpykloje nuvažiavo apie 250–300 km net tada, kai dažnai stabdė, važiavo kalnų ruožais ir kintamomis orų sąlygomis. Jų papildymas kuro bandomuosiuose stoviuose trunka tik apie tris minutes – tai didelis privalumas palyginti su elektriniais automobiliais, kuriems įkrauti reikia kelių valandų. Ypač išsiskiria tai, kad šios motorolerės puikiai veikia po daugelio paleidimų ir stabdymų bei įvairiomis ekstremaliomis temperatūromis – kažkas, ko akumuliatoriai negali padaryti be laikomos galios praradimo. Visi šie duomenys aiškiai parodo, kodėl vandenilio technologija taip gerai tiktų paslaugoms, kurios visą dieną reikalauja nuolat veikiančių transporto priemonių, pvz., taksi parkams ar pristatymo operacijoms. Kiekviena papildoma minutė, praleista laukiant kuro papildymo, šiame sparčiai besivystančiame rinkoje reiškia operatoriams prarastų pajamų.

Logistikos patvirtinimas: DHL Hamburgo bandymas – 420 km/parą su beveik nulinėmis degalų papildymo pertraukomis

DHL vykdytas Hamburgo bandymas rinkoje parodė gan įtikinamus rezultatus. Jų vandenilinių savaeigių dviračių galėjo nuvažiuoti apie 420 kilometrų kiekvieną dieną paskutinėse pristatymo važiavimuose, reikėdami tik vieno degalų papildymo sustojimo vidurdienį. Šie maži įrenginiai per dieną įveikdavo beveik tris kartus daugiau maršrutų nei jų baterijomis varomi konkurentai. Savaeigiai dviračiai buvo kelyje 98 % laiko, tuo tarpu panašūs baterijomis varomi transporto priemonės pasiekė tik 74 %. Elektriniai modeliai dažnai veža mažesnį krovinį, nes jiems reikia didesnių baterijų, kad nuvažiuotų toliau, tačiau vandeniliniai savaeigiai dviračiai išlaikė visą savo vežamosios naudingosios apkrovos talpą nepriklausomai nuo nuvažiuoto atstumo. Po šių bandymų aišku, kodėl vandenilis turi tokį pranašumą ilgųjų atstumų logistikos operacijose, kuriose įkrovimo stotys retos, šilumos valdymas sudėtingas, o pakankamai baterijų vežimas sumažina erdvę, kuri kitaip būtų skirta tikriems prekėms.

Inžinerinis ilgalaikio veikimo užtikrinimas: sistemos projektavimo kompromisai vandeniliu varomoms dviratinėms transporto priemonėms

PEMFC elementų grupės optimizavimas (1,2–1,8 kW), šilumos valdymas ir masės pasiskirstymas

Gauti gerą šių sistemų ištvermę reiškia ne tik turėti galingus kuro šaltinius. Tam reikia kruopščios inžinerinės kūrimo veiklos, apimant visus vienu metu veikiančius komponentus. Protonų mainų membraniniai degalų elementai (PEMFC) veikia geriausiai, kai jie suprojektuoti apytiksliai 1,2–1,8 kW galios išvesties. Tokia galia pakanka miesto važiavimo poreikiams patenkinti, tačiau ji vis dar pakankamai maža, kad transporto priemonė nebūtų per sunki. Kai šie elementai sujungiami su baterijomis, kurios kaupia energiją stabdant ir suteikia papildomos galios, kai to reikia, transporto priemonės vieno vandenilio bako pakanka nuvažiuoti nuo 80 iki 100 km. Taip pat labai svarbu kontroliuoti temperatūrą. Šie PEMFC veikia geriausiai esant 60–80 °C temperatūrai, tačiau veikdami jie išskiria ganėtinai daug šilumos. Specialūs aušinimo kanalai ir fazės keitimo medžiagos padeda pašalinti perteklinę šilumą, nepadidinant sistemos dydžio ar sudėtingumo įmontuojant ją į transporto priemonę. Inžinieriai sprendžia svorio problemas talpydamiesi vandenilio bakus šoninis prie šonio arba priekinis prie galinio, priklausomai nuo to, kas geriausiai subalansuoja sunkesnes dalis transporto priemonės priekyje ir gale. Tai padeda išlaikyti geresnius valdymo pobūdžius lyginant su tradicinėmis akumuliatorių sistemomis, kuriose visos dalys dažniausiai susitelkia arti transporto priemonės centro ir grindų. Pagal praeitais metais Aasma Aerospace atliktus tyrimus, vandenilis iš tikrųjų turi žymiai daugiau energijos nei litio jonų akumuliatoriai – net nuo 92 % iki net 170 % daugiau. Tačiau praktiškai pasiekti šiuos rodiklius reiškia tinkamai spręsti tiek šilumos paskirstymo problemas, tiek tai, kaip skirtingi komponentai veikia vienas kitą eksploatacijos metu. Dėmesį detalėms skiriantys projektuotojai sukurtos sistemos per 1000 eksploatacijos valandų praranda mažiau nei 5 % naudingumo koeficiento, todėl operatoriai gali juos naudoti visą dieną be pertraukų, nereikia sustoti vidury darbo dienos, kad papildytų kuro atsargas.

Kliūtys plėtojant vandenilio varomų dviračių naudojimą

Kelias į platinamą vandenilio varomų savaeigių ir motocikletų naudojimą užsikimšęs dėl kelių pagrindinių kliūčių, kurias reikia įveikti. Šiuo metu didžiausia kliūtis, tikriausiai, yra kaina. Patys degalų elementai, taip pat sunkiosios paskirties slėgio bakai ir specialūs katalizatoriai vis dar kainuoja tiek, kad šie transporto priemonės lieka nepasiekiamos daugumai vartotojų. Toliau kyla klausimas, kur iš viso galima įpilti vandenilio. Daugumoje vietų, išskyrus pagrindines bandymų miestus, beveik nėra jokių papildymo stotelių, todėl vairuotojai nerimauja, kad kelio viduryje pasibaigs kuras. Inžinerinės prasmės – mes vis dar dirbame prie to, kad vandenilio saugojimo sistemos būtų atsparios susidūrimams ir gebėtų išlaikyti ekstremalias temperatūras skirtingose klimato sąlygose. Be to, negalime pamiršti, ką žmonės mano, kai mato šias transporto priemones gatvėje. Daugelis žmonių tiesiog mažai žino apie vandenilio technologijas, nerimauja dėl saugos problemų, nors pati technologija yra ganėtinai saugi, ir linkę laikytis baterijų, nes tai yra tai, ką jie įpratę matyti visur kitur. Norint tikrai pasiekti pažangos šioje srityje, gamintojams reikia padidinti gamybos apimtis, o vyriausybėms – plėtoti papildymo tinklus. Taip pat reikia atnaujinti reglamentus, kad jie atitiktų šiandien techniškai įmanomą. Tik pinigų į tyrimus įdėjimas taip pat nepakaks.

DUK

Kiek laiko trunka vandenilio varomos dviratinės papildymas kuro?

Vandenilio varomos dviratinės papildymas kuro gali užtrukti mažiau nei tris minutes, kas yra žymiai greičiau nei elektros transporto priemonių įkrovimas.

Koks yra vandenilio mopedų nuvažiuojamas atstumas?

Vandenilio mopedai viename bako papildyme gali nuvažiuoti 250–300 km atstumą net įvairiomis sąlygomis.

Kokie yra pagrindiniai kliūčių vandenilio varomų dviratininkių priėmimui?

Pagrindinės kliūtys apima aukštus kaštus, kuro papildymo infrastruktūros stygių bei ribotą visuomenės suvokimą apie vandenilio technologijas.

Kaip skiriasi vandenilio balionai nuo litio jonų akumuliatorių saugojimo požiūriu?

Vandenilio balionai saugo kuro dideliu slėgiu, todėl jie gali būti lengvesni, tačiau palyginti su stambesniais litio jonų akumuliatoriais išlaiko aukštą energijos tankį.