CC BY
26ЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯ
ENERGY AND ECOLOGY
Статья поступила в редакцию 09.03.11. Ред. рег. № 956 The article has entered in publishing office 09.03.11. Ed. reg. No. 956
УДК 621.352.6
КАКИМ БЫТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОМУ ГОРОДСКОМУ АВТОМОБИЛЮ (Аналитический обзор перспектив использования ТОТЭ)
1 2 С.И. Нефедкин , А.С. Липилин
Московский энергетический институт (технический университет) 111250 Москва, ул. Красноказарменная, д. 14 E-mail: snefedkin@mail.ru 2Институт электрофизики УрО РАН 620016 Екатеринбург, ул. Амундсена, д. 106 E-mail: lipilin@iep.uran.ru
Заключение совета рецензентов: 25.03.11 Заключение совета экспертов: 10.04.11 Принято к публикации: 15.04.11
Проведен анализ развития и совершенствования автотранспортных средств с использованием в качестве движителя двигателя внутреннего сгорания, электромотора и их комбинации. Рассмотрена возможность применения бортовых энергосистем на топливных элементах с использованием в качестве топлива водорода и углеводородов. Предложено определение КПД и эмиссии тепличных газов автомобиля по полному циклу, учитывая добычу, транспорт и переработку топлива. КПД автомобиля с ДВС (на метане) до 9% с эмиссией в СО2 эквиваленте до 805 г/кВтч, электромобиля с тяговой аккумуляторной батареей, заряжаемой от централизованной электросети - 4,1% (550 г/кВтч), электромобиля с энергоустановкой на твердо-полимерных топливных элементах - 14,4% (660 г/кВтч), гибридного автомобиля (ДВС + электромотор) - 17,3% (590 г/кВтч) и электромобиля с энергоустановкой на твердооксидных топливных элементах - 37,6% (410 г/кВтч). Проведенный анализ подтвердил, что в переходный период гибридные автомобили и электромобили будут доминировать в нише городского автотранспорта, а с позиции максимальной энергоэффективности и экологичности наиболее перспективным является гибридный автомобиль с энергоустановкой на твердооксидных топливных элементах и газовом топливе.
Ключевые слова: экологически чистый городской автомобиль, коэффициент полезного действия, двигатель внутреннего сгорания, отходящие газы автомобиля, топливные элементы, водород, автомобиль на топливных элементах, гибридный автомобиль, электромобиль, аккумуляторная батарея, суперконденсатор, топливные элементы с твердооксидным электролитом.
WHAT SHOULD BE ENVIRONMENTALLY FRIENDLY CAR (Analytical review of prospects for SOFC)
S.I. Nefedkin1, A.S. Lipilin2
'Moscow Power Engineering Institute (Technical University) 14 Krasnokazarmennaya str., Moscow, 111250, Russia E-mail: snefedkin@mail.ru 2Institute of Electrophysics UD RAS 106 Amundsena str., Ekaterinburg, 620016, Russia E-mail: lipilin@iep.uran.ru
Referred: 25.03.11 Expertise: 10.04.11 Accepted: 15.04.11
The analysis of the development and improvement of road vehicles was conducted, using of internal combustion engine, electric motor, and their combinations as an engine. The possibility of on-board fuel cell power applying was considered where hydrogen and hydrocarbon are used as fuel. It was suggested to calculate efficiency and emission of greenhouse gases by car on a full cycle, taking into account the mining, transportation and reprocessing. Car efficiency with the internal combustion engine (for methane) is from 0 to 9% with emission of greenhouse gases in CO2 equivalent to 805 g/kW-h, for electromobile with electric traction battery, charged by a centralized power - 4.1% (550 g/kW-h), with for electromobile with electric power systems on PEM fuel cell - 14.4% (660 g/kW-h), for a hybrid car (ICE + electric motor) - 17.3% (590 g/kW-h) and for a car with electric power systems on solid oxide fuel cells - 37.6% (410 g/kW-h). This analysis confirmed that the transitional hybrid cars and electric cars will dominate the niche of urban transport, and from a position of maximum energy efficiency and ecological perspective is a hybrid car with a power plant on the solid oxide fuel cells and gas fuel.
Keywords: environmentally friendly city car, coefficient of efficiency, combustion engine, automobile exhaust, fuel cells, hydrogen, fuel cell car, hybrid car, electric car, battery, super capacitor, fuel cells with solid oxide electrolyte.
Сергей Иванович Нефедкин
Сведения об авторе: д-р техн. наук, профессор Московского энергетического института (технического университета), директор центра коллективного пользования «Водородная энергетика и электрохимические технологии».
Образование: факультет промышленной теплоэнергетики МЭИ (1977 г.), аспирантура (1980 г.) и докторантура (2004 г.) МЭИ.
Область научных интересов: прикладная электрохимия, водородная и электрохимическая энергетика, электрокатализ, электрохимический мониторинг водных технологических сред, экологически чистый автомобильный транспорт.
Публикации: более 100 научных работ и 11 патентов.
Сведения об авторе: канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории прикладной электродинамики Института электрофизики Уральского отделения РАН.
Образование: физический факультет СГПИ (1968 г.), аспирантура Уральского отделения РАН (1975 г.).
Область научных интересов: физическая химия, электрохимия, разработка высокотемпературных электрохимических устройств с твердым электролитом, твердооксидные топливные элементы, разработка ТОТЭ для различного применения с использованием наноматериалов и нанотехнологий.
Публикации: более 250 научных работ и 60 изобретений.
Александр Сергеевич Липилин
Введение
Существенная часть мировых топливных ресурсов (30-40% объема добываемой нефти) потребляется автотранспортом. Количество транспортных средств в мире превысило 700 млн ед. и ежегодно растет почти на 50 млн ед., увеличиваются и цены на углеводородное топливо. В процессе эксплуатации автомобиля в атмосферу выбрасывается целый спектр токсичных веществ, ухудшающих экологическую обстановку, особенно в крупных городах. Например, в Москве доля автотранспорта в загрязнении атмосферного воздуха более 80% [1].
Транспортный сектор является одним из важнейших элементов в энергетической и экологической политике ведущих государств в области снижения зависимости от нефти и выбросов парниковых газов (ПГ). Несмотря на принимаемые меры в соответствии с Киотским протоколом к Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата, в период 1990-2004 гг. глобального сотрудничества выбросы СО2 увеличились на 27%, с 20463 до 26079 млн тонн, а спрос на энергию в транспортном секторе увеличился на 37% [2-3]. Развитые страны первые почувствовали экологическую угрозу от широкомасштабного использования автотранспорта на нефтяном топливе и стали предпринимать реальные шаги. С 1992 г., когда был введен стандарт ЕВРО-1, регламентирующий выброс токсичных веществ автотранспортом, Западная Европа последовательно ужесточала экологические нормы. Согласно
Директиве Евросоюза 70/220/ЕЕС уже с 2009 года все продаваемые новые автомобили должны соответствовать нормам ЕВРО-5, а с 2014 г. - нормам ЕВРО-6 [4]. Сегодня, кроме СО, СиНт, N0 стали нормироваться и выбросы СО2 и СН4. Кроме законодательной активности используются и экономические рычаги. В Германии, например, начиная с 2009 года владельцы автомобилей, соответствующих нормам ЕВРО-5 и ЕВРО-6, освобождаются от транспортного налога.
Россия присоединилась к Женевскому соглашению и обязана выполнять европейские нормы на выброс вредных веществ автотранспортом. Специальным техническим регламентом, утвержденным Правительством РФ 12.10.2005, установлен порядок введения в действие нормативов выбросов в отношении автомобильной техники: экологического класса 3 (ЕВРО-3) - с 1 января 2008 г.; экологического класса 4 (ЕВРО-4) - с 1 января 2010 г.; экологического класса 5 (ЕВРО-5) - с 1 января 2014 г. [5]. Таким образом, Россия в этом вопросе значительно отстает от Европы и не справляется с предложенным графиком.
Особое место занимает использование возобновляемых источников энергии. Заслуживает внимания принятая Европейским Парламентом директива в области возобновляемой энергии, согласно которой государство-член ЕС должно обеспечить к 2020 году производство из возобновляемых источников по крайней мере 10% от конечного потребления энергии на всех видах транспорта [6]. При этом имеется в
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (95) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
виду и использование водорода в качестве экологически чистого топлива для автомобилей, поскольку водород будет производиться электролизом воды из возобновляемых источников. Европейский парламент утвердил регламент по безопасной эксплуатации механических транспортных средств с использованием водорода в качестве топлива [ 7 ]. США и Канада в ответ на такую инициативу поставили для себя цель по сокращению выбросов парниковых газов на 17% к 2020 г. по сравнению с уровнем 2005 года [8].
Очевидно, что доля водородных транспортных средств в общей численности парка будет увеличиваться в ближайшем будущем. Однако пока не ясно, будут ли это автомобили с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) на водородном топливе или автомобили на водород-воздушных топливных элементах, т.к. оба эти варианта имеют свои преимущества и недостатки [9, 10].
Анализ патентной и научно-технической литературы показывает, что сегодня в мире наметилось несколько направлений по созданию автомобиля, отвечающего самым высоким требованиям по нормам токсичности. Рассмотрим основные.
Совершенствование автотранспортных средств с двигателем внутреннего сгорания
Следует отметить, что за более чем 120-летнюю эксплуатацию ДВС их конструкция доведена до высокого уровня совершенства. Использование относительно недорогих материалов и огромные объемы выпуска позволили снизить коммерческую стоимость ДВС до 15-30 $/кВт. Принципиальная особенность эксплуатации ДВС как энергоустановки заключается в том, что только на режимах максимальной нагрузки он имеет приемлемые значения как по КПД (до 30% для бензиновых ДВС с искровым зажиганием и до 35% для дизельных ДВС), так и по удельным выбросам токсичных веществ в отработанных газах (ОГ). При снижении нагрузки КПД ДВС снижается до 8-16%, а его удельные токсические характеристики ухудшаются почти в два раза. В режимах холостого хода и переменной мощности (торможение - остановка - разгон, это основные режимы движения автомобиля в больших городах) ДВС имеет крайне неблагоприятные экологические характеристики, неэффективно используется топливо. С целью достижения экологических нормативов приходится применять дорогостоящие многокомпонентные нейтрализаторы ОГ, которые содержат в своем составе катализаторы на основе благородных металлов. Сегодня половина всей добываемой в мире платины (примерно 130 тонн ежегодно) идет для производства автомобильных нейтрализаторов. [11]
Гибридные автомобили
В гибридных автомобилях используется ДВС на традиционном углеводородном топливе, однако он работает в режиме стационарной нагрузки и макси-
мального КПД, а электрический двигатель, питаемый от аккумуляторной батареи (АБ), берет на себя неблагоприятные режимы переменной нагрузки. При гибридной схеме обратимая электрическая машина может работать в паре с ДВС по последовательной, параллельной и смешанной схемам [12]. ДВС при последовательной схеме ДВС работает на режиме минимальных удельных расходов топлива только на генератор, который питает тяговый электродвигатель (ТЭД), либо накопитель энергии (аккумулятор, конденсатор), либо оба эти устройства. Здесь ДВС механически не связан с трансмиссией. При параллельной схеме ДВС через соответствующую трансмиссию отдает энергию ведущим колесам, а избытком энергии через генератор питает накопитель энергии (НЭ) и получает ее обратно через элементы электротрансмиссии. Здесь возможны варианты, когда ДВС и ТЭД работают на обе оси (Audi Q7), одну ось (BMW - задний привод, Honda Civic - передний привод) и с приводом на разные оси (Dodg Durango). При смешанной схеме ДВС также работает на режиме минимальных удельных расходов топлива, а регулирование скорости выходного вала осуществляется изменением частоты его вращения за счет управления комбинированной установкой (Toyota Prius, Lexus) (рис. 1).
Рис. 1. Первый серийный гибрид «Prius» (Toyota) (а) и первый подготовленный к серийному производству электромобиль Nissan Leaf (Nissan) (b) Fig. 1. The first serial hybrid "Prius" (Toyota) (a) and the first prepared for serial production electric car Nissan Leaf (Nissan) (b)
Хотя гибридные автомобили примерно на 30% дороже обычных, они позволяют снизить расход бензина до 5-6 л/100 км. Фирма «Toyota» с 1997 года уже выпустила 3 миллиона гибридов и с 2010-х годов собирается реализовывать по 1 миллиону бензо-электрических автомобилей в год. Тем не менее, следует признать, что концепция гибридных автомобилей не решает перечисленных выше глобальных проблем и является промежуточной на пути к созданию экологически чистого энергоэффективного автомобиля.
Автомобили с ДВС на водороде
и бензоводородных композициях
Некоторые ведущие мировые автопроизводители, такие как BMW, Ford, Mazda и MAN, разработали и продолжают разработку автомобилей и автобусов на водороде и получили хорошие результаты [13-18]. Примером такой реализации является, например, автомобиль BMW Hydrogen 7 серии с криогенным хранением водорода на борту. Водородный ДВС объемом 6 литров может реализовывать мощность 192 кВт, что делает BMW Hydrogen 7 самым скоростным автомобилем. В загородном цикле он потребляет лишь 2,1 кг водорода на 100 км [19]. Вместе с тем наиболее предпочтительным и дешевым является хранение водорода в баллонах высокого давления при 60 МПа.
За счет высокой скорости горения водородно-воздушной смеси и высокой скорости диффузии водорода в цилиндрах ДВС можно реализовать однородный и достаточно эффективный рабочий процесс в более бедных смесях. Однако из-за высокой адиабатической температуры пламени и низкой объемной плотности энергии водорода, по сравнению с бензиновыми двигателями, здесь возникают проблемы, связанные с выбросами NOx и снижением мощности. Несмотря на использование относительно недорогого ДВС, коммерциализация таких автомобилей ограничена отсутствием инфраструктуры водородных заправочных станций, высокой
стоимостью водорода, а также необходимостью хранить на борту большое количество водорода, имеющего низкую плотность.
Снизить количество водорода на борту можно, используя его в ДВС в качестве добавки к бензину. В работах [20-21] приведены результаты испытания серийного автомобиля «ГАЗель» 3302 с битопливной системой питания (бензин-газ), переоборудованного для работы на бензоводородных топливных композициях (БВТК). Для ее реализации разработана электронная система топливоподачи, связанная со штатным блоком управления автомобиля. На холостом ходу и малых нагрузках (режимы, на которых ДВС имеет низкий КПД и плохие экологические характеристики) в двигатель подается водородо-воздушная смесь обедненного состава с коэффициентом избытка воздуха 2-2,5. По мере возрастания нагрузки топ-ливовоздушная смесь обогащалась бензином, а на режиме, близком к максимальной мощности, подача водорода прекращалась. При движении бензоводо-родного автомобиля в городском режиме количество токсичных выбросов СО уменьшается в 6-12 раз, СН+МО - в 1,5 раза, СО2 - в 1,5 раза. В результате испытаний двигателя на холостом ходу показано отсутствие в отработавших газах СО, уменьшение выбросов СН в 4 раза, СО2 - в 69 раз. Топливная экономичность автомобиля, работающего на БВТК в городском режиме движения, увеличивается на 21,9% по сравнению с аналогичной характеристикой серийного автомобиля, термический КПД двигателя возрастает на 26,4%, расход бензина снижается на 42%.
Вместе с тем следует признать, что оптимальных условий работы поршневой группы ДВС при использовании различных по свойствам топлив (водорода и бензина) добиться сложно. Также для таких автомобилей отсутствует инфраструктура водородных заправочных станций. В работе [22] решить эту проблему предложено за счет конверсии метана непосредственно на борту автомобиля в синтез-газ и его подачи в ДВС в качестве добавки к основному топливу (рис. 2).
Рис. 2. Автомобили, использующие водород в качестве топлива: а - двухтопливный автомобиль (бензин-водород) Hydrogen 7 (BMW); b - автомобиль Chevrolet Equinox Fuel Cell (GM) на водород-воздушных топливных элементах; c - двухтопливный автомобиль (бензин-метан) «ГАЗель» 3302, переоборудованный для работы на бензоводородных
топливных композициях
Fig. 2. Саге that use hydrogen as a fuel: a - dual-fuel car (gasoline-hydrogen) Hydrogen 7 car (BMW); b - a car Chevrolet Equinox Fuel Cell (GM) for hydrogen-air fuel cells; c - dual-fuel car (gasoline-hydrogen) "GAZelle" 3302 with two fuel supply system (gas-gas),
converted to run on gasoline, hydrogen fuel compositions
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (95) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
Электромобили
Электромобили рассматриваются сегодня как перспективный вид городского транспорта. Они идеально подходят для схемы эксплуатации: днем ездим - ночью заряжаем. На автосалоне в Детройте (2010 г.) свои электромобили показали ведущие автопроизводители: Audi R4 (Audi), BMW i-series Concept ActiveE (BMW), Bluecar (Pininfarina), Chevrolet Volt (GM), С 30 (Volvo), Toyota iQ (Toyota), C-Zero (Citroen), Nissan Leaf (Nissan) [23]. Основной элемент таких АТС - это тяговая аккумуляторная батарея. Все активные материалы (топливо и окислитель) здесь находятся внутри герметичной батареи. С одной стороны, это ограничивает пробег электромобиля. Он не превышает 180 км, что, впрочем, является приемлемым для многих городских потребителей. С другой стороны, отпадает необходимость в целом ряде узлов автомобиля (систем хранения и заправки топливом, глушения и нейтрализации ОГ, трансмиссии и др.). Повышение внимания к электромобилям стало возможным после разработки новых литий-ионных аккумуляторных бата-рей (АБ), имеющих удельную энергию почти в 4 раза выше, чем у кислотных свинцовых АБ. Литий-металл-полимерные аккумуляторы LMP (Lythium Metal Polymere) имеют высокую удельную энергию (до 110 Втч/кг и до 110 Втч/л). Однако и стоимость таких батарей в 5-7 раз превосходит стоимость традиционных свинцовых кислотных АБ (100-150 дол. США/кВтч) [24]. По стоимостным показателям к этой цифре ближе ни-кель-металлогидридные АК (Ni-MH), но их удельная энергия ниже, чем у литиевых АБ, более чем в два раза.
Тем не менее, кроме удобства, в использовании электромобиля есть и экономическая целесообразность. Для преодоления 100 км легковому электромобилю нужно 12-16 киловатт-часов электроэнергии, что по стоимости эквивалентно примерно 1,5 литрам бензина, на которых автомобиль с ДВС может проехать только 15-20 км, а гибрид - 25-30 км. Это может сэкономить владельцу 700-800 долларов на каждые 15 тысяч пробега по сравнению с машинами, оборудованными бензиновыми двигателями. Сегодня такая экономия может окупить затраты на использование дорогой батареи только через 300 тыс. км пробега. Однако для этого батарея должна выдержать почти 2000 циклов заряда-разряда.
По прогнозам фирмы PRTM, спрос на электромобили начнет повышаться в Европе к 2016 году, а в США - к 2018 году. Сегодня, например, для наиболее продвинутого с экономической точки зрения автомобиля Nissan Leaf, уже готового к серийному производству, стоимость АБ оставляет около $16000, что составляет почти половину от стоимости самого автомобиля ($ 32 780) [24]. В автомобиле Nissan Leaf используются батареи фирмы AESC общей емкостью 23 кВтч, что позволяет 5-местному хэтчбеку преодолеть 160 км без подзарядки (14 кВтч/100 км),
а сама перезарядка занимает восемь часов. Несмотря на то, что здесь используется АБ с наиболее дешевым марганцевым катодом, ее цена оставляет около 700 $/кВтч. Чтобы объем продаж электромобилей составил хотя бы 10% от общего числа новых автомобилей, стоимость аккумуляторных батарей нужно снизить примерно наполовину, т.е. до 300-500 дол. США/кВтч [25].
Следует также отметить, что литий-ионные АБ не любят быстрых режимов заряда, перепадов температур, еще не подтверждена их безопасность в режиме реальной длительной эксплуатации. Важный вопрос -это ресурс перезарядки. Если для батареи в мобильном телефоне ресурс в 1000 циклов заряда-разряда можно назвать приемлемым, то для автомобиля это означает, что уже через три года АБ нужно менять. Для увеличения ресурса таких АБ в силовой схеме ЭМ разумно использовать еще одно устройство - накопитель энергии. Например, накопители на суперконденсаторах имеют удельную мощность до 5 кВт/кг и могут эффективно работать в режимах пиковых нагрузок (режимы ускорения автомобиля и утилизации энергии торможения). При этом они смогут и сократить время зарядки литий-ионных АБ, но это уже суть оптимизации или компромисса двух систем.
В концепции первого российского гибрида (Ё-мобиль) ДВС работает в режиме, близком к номинальному на генератор, который питает тяговый электродвигатель (ТЭД) и заряжает суперконденсатор (СК) - единственный здесь накопитель энергии [26]. Использование СК позволяет реализовать неограниченное число циклов заряда-разряда (до миллиона циклов), высокую удельную мощность. Однако следует учитывать и недостатки такого накопителя: его удельная энергия почти в 20 раз меньше, чем у литий-ионных АБ, а стоимость также высока, хотя и есть перспективы ее снижения.
Автомобили на водород-воздушных топливных элементах В отличие от электромобилей, количество запасенной в автомобиле энергии (пробег автомобиля) здесь не ограничивается размерами АБ. Преобразование химической энергии, заложенной в топливе, происходит в водород-воздушном топливном элементе. Пробег автомобиля здесь ограничен только запасом водорода на борту автомобиля. Для повышения маневренности автомобиля в схеме дополнительно используется современная АБ, но меньшей емкости, чем в электромобиле. Топливные элементы с твердым полимерным электролитом (ТПТЭ) имеют высокое значение плотности мощности преобразования (0,4-0,6 Вт/см2) и КПД (более 40%). Ведущие автопроизводители довели свои автомобили с энергоустановками на ТПТЭ до уровня образцов, готовых к серийному производству: (Tucson FCEVs (Hundai) , FCHV-4 (Toyota), FCX (Honda), Chevrolet Equinox Fuel Cell (GM). Такие автомобили обладают
прекрасными потребительскими качествами: манев-ренны, бесшумны, экологически безопасны. Потенциальным барьером на пути их успешной коммерциализации стоит стоимость энергоустановки на ТПТЭ. Сегодня при мелкосерийном производстве таких установок на ТПТЭ, содержащих дорогую полимерную мембрану и платиновые катализаторы, их стоимость составляет более 1000 дол/кВт) [27].
При массовом производстве (например, 500000 единиц в год) можно прогнозировать снижение их стоимости до 59-81 $/кВт [27-30]. Однако, по мнению экспертов Министерства энергетики США, чтобы автомобили на ТПТЭ составили конкуренцию обычным бензиновым ДВС, стоимость энергоустановки должна составлять не более 30 $/кВт [27].
По данным [28, 31], доля стоимости платинового катализатора в батарее составляет 57% и 31% от стоимости всего энергетического модуля. Поэтому в настоящее время исследовательские разработки в значительной степени ориентированы на сокращение количества платины в системе. Эта цель может быть достигнута за счет увеличения удельной плотности мощности топливных элементов при данной закладке платины либо сокращения закладки при сохранении плотности мощности. Для энергомодуля автомобиля на ТЭ мощностью 90,3 кВт при закладке платины 0,4 г/кВт (закладка платины в электродах шбР! = = 0,3 мг/см2 при реализуемой плотности мощности N8 = 0,75 Вт/см2) количество платины в автомобиле будет составлять более 36 граммов, что сегодня составляет почти 2000 $.
Другой проблемой при массовом производстве автомобилей на ТПТЭ является дефицит и стоимость самой платины. Около 70-80% платины (около 200 тонн/год) поставляет на рынок Южная Африка. Здесь сосредоточены основные месторождения, общие запасы которых оцениваются в 76 тыс. тонн [31]. Если половина всех новых автомобилей, проданных в 2050 году, будут автомобили на ТПТЭ, то для удовлетворения спроса ежегодная поставка платины должна возрасти до 400 тонн/год. В связи с этим прогнозирование снижения стоимости платины при дефиците ее ресурса становится проблематичным. Кроме того, имеются и другие потребители платины, а ее цена только с 2005 по 2008 год выросла более чем в 2 раза. Таким образом, только значительный дальнейший технический прогресс в технологии ТПТЭ, повышение их надежности и долговечности, а также снижение цен на единицу мощности в 20-50 раз сможет позволить им конкурировать с двигателями внутреннего сгорания [9].
Серьезным препятствием широкой коммерциализации таких автомобилей является и стоимость особо чистого водорода (99,995%), который необходим для питания таких энергоустановок, а также отсутствие на сегодня инфраструктуры водородных заправочных станций. Следует отметить, что сегодня также не существует открытой информации о ресурсе таких энергоустановок в условиях реальной эксплуата-
ции автомобиля. Проблематичной выглядит и возможность эксплуатации таких АТС при отрицательных температурах.
Высокими характеристиками, возможностью работать при отрицательных температурах и проверенным ресурсом (более 10 тыс. часов) обладают водород-воздушные топливные элементы с щелочным раствором электролита (ЩЭТЭ), в частности отечественные, разработанные в рамках космических программ [32]. Однако закладка благородных металлов в таких устройствах сегодня велика (10 мг/см2), что делает их чрезмерно дорогими для массового использования. Кроме того, здесь необходимо дополнительно применять устройства для удаления из щелочного раствора электролита углекислого газа.
Топливные элементы с фосфорнокислым электролитом (ФКТЭ) работают при температуре 180— 200 °C. Здесь также возникает необходимость в использовании платины в катализаторах, т.к. в качестве электролита используется находящаяся в матрице из карбида кремния 98-100%-я фосфорная кислота (Н3РО4). За два десятилетия разработок удельное содержание платины снижено в 20 раз, плотность мощности увеличена в 5 раз, а ресурс - в 20 раз [33]. Элементы последней конструкции имеют напряжение 0,6-0,8 B при плотности тока 1,5-4 А/м2 (плотность мощности 1,2-2,4 кВт/м2). Коммерческие ЭЭУ мощностью 200 кВт продавались по цене 3000-4000 USS/кВт. К настоящему времени установлено более 300 ЭЭУ с ФКТЭ в США, Канаде, Европе, Японии и в России. Их разработчик и производитель фирма UTC планировала снизить стоимость ЭЭУ до 1500 USS/кВт, но это намерение не смогла осуществить. В конце 1990-х гг. продажи ЭЭУ с ФКТЭ заметно снизились. Таким образом, по ценовому фактору такие ФКТЭ также невозможно рассматривать в качестве энергоустановки для коммерческих автомобилей.
Автомобили на накопителях энергии
При работе городского автотранспорта есть циклы, при которых разумно использовать энергосистемы на накопителях. Интересно, что есть примеры использования накопителей в качестве основного движителя городского транспорта - автобусов. Концепция Gyrobus была разработана в Швейцарии (Oerlikon) в 50-х годах прошлого века [34]. Автобусы имели большой маховик, вращающийся со скоростью до 3000 оборотов в минуту, обороты которого постепенно снижались по мере передачи накопленной энергии тяговому двигателю автобуса. Зарядка маховика, его раскрутка осуществлялась на остановках электрической энергией. Полностью заряженный Gyrobus, как правило, имел пробег по маршруту более 6 км со скоростью до 50-60 км/ч (рис. 3, а).
Зарядка маховика занимала от 30 секунд до 3 минут, при этом для сокращения времени зарядки увеличивали напряжение с 380 до 500 вольт.
Такие Gyrobus-ы использовались в Швейцарии, Бельгии, Заире. Хотя технология показала себя хо-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (95) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
рошо, но по различным причинам ни одна из этих систем не отработала более семи лет.
В Шанхае (Китай) для городского общественного транспорта используется схема, в которой основным поставщиком электроэнергии является накопитель -суперконденсатор [35, 36].
На основе передовой технологии конденсаторов из России Aowei Technology Development Co., Ltd. с 2004 развивает Super конденсаторы, которые могут быть использованы для питания двигателей электрических машин. По сравнению с традиционными автобусами, автобус на суперконденсаторах представляет городской вариант энергоэффективного, экологически чистого общественного транспорта (рис. 3, b). Фирмой была создана первая в мире система быстрой зарядки на автобусной остановке. Эта инновационная разработка в качестве экологически чистого общественного городского транспорта экспонируется на выставке World Expo в Китае (Шанхай).
имеют меньшую энергоемкость на единицу веса, но зато существенно быстрее заряжаются и имеют большее количество циклов заряд/разряд. Они отлично зарекомендовали себя при эксплуатации и в жаркое лето, и в морозную зиму.
Однако, если электрическая энергия для зарядки суперконденсаторов, как, впрочем, и аккумуляторных батарей, будет поставляться по централизованным сетям с больших электростанций, то полная эффективность системы будет невысока. И действительно, хотя сам электромобиль и экологически чистый, не формирует смога в городе, но, потребляя централизованную электроэнергию, которая была произведена на ТЭС с низкой энергоэффективностью и выделением в атмосферу продуктов сгорания, в т.ч. тепличных газов, он не может считаться перспективным.
Автомобили на твердооксидных топливных элементах: оценка перспектив
Рассмотрим возможность использования на автотранспорте энергоустановок на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ), по международной терминологии SOFC (Solid Oxide Fuel Sells). Энергоустановки на основе твердооксидных топливных элементов сегодня рассматриваются в числе наиболее перспективных для стационарного применения, особенно в комбинации с газовыми турбинами [13] при использовании как природного газа, так и продуктов газификации угля. Высокотемпературные ТОТЭ имеют два основных преимущества перед низкотемпературными топливными элементами ТПТЭ и ЩЭТЭ:
- могут работать на конвертированном из метана синтез-газе или техническом водороде;
- не содержат в своем составе благородных металлов.
Энергоустановки на базе ТОТЭ уже работают на автомобильном транспорте. Фирма «Delphi» разработала транспортную вспомогательную энергосистему на базе ТОТЭ мощностью 800 Вт (пиковая 1,3 кВт) для обеспечения большегрузной техники. Грузовики теперь могут отключать основной ДВС на стоянках, а потребность по теплу и электроснабжению берет на себя бесшумная и экологически чистая установка на ТОТЭ, питаемая от конвертированного основного топлива (рис. 4) [37].
b
Рис. 3. Городской транспорт на накопителях энергии: а - автобус Gyrobus (накопитель на маховике) на остановке заряжается от электросети 3х380 В; b - электроавтобус Super на суперконденсаторах (конечная остановка оборудована системой подзарядки) Fig. 3. Buses on the energy storage device: a - Gyrobus is charged during stop from power lines 3x380 V; b - electrobus working from supercondensers (intermediate station)
Использование суперконденсаторов вместо литиевых аккумуляторных батарей в приложении к городскому общественному транспорту выглядит более перспективным. Суперконденсаторы хотя и
Рис. 4. Транспортная энергоустановка фирмы Delphi (США) [37] Fig. 4. Transport power system by Delphi (USA) [37]
Оценим перспективы автомобиля, использующего схему: энергоблок на ТОТЭ в качестве основной силовой установки (работа в базовом режиме) для питания электродвигателя, маневренную АБ или СК для режимов запуска, разгона и начального периода движения и систему хранения и подачи топлива (сжиженного или сжатого природного газа). Сформулируем преимущества такой системы по сравнению с автомобилями на ТПТЭ:
- Наличие инфраструктуры заправок.
В Москве, например, функционирует около 120 заправок сжиженным газом (пропан-бутан) и 12 заправок сжатым природным газом (метан) [38]. Сжиженный (СПГ, пропан-бутан) природный газ примерно в два раза, а магистральный - в 15-20 раз дешевле дизельного топлива. Россия, располагающая третью мировых запасов газа и добывающая 18% газа, должна использовать конкурентные преимущества, стимулировать использование газообразного топлива и развивать инфраструктуру таких заправок. К сожалению, государственный регулятор сегодня не дает существенных экономических стимулов для продвижения газообразного моторного топлива. Хотя в мире есть другие примеры: в Италии 1,4 млн автомобилей используют пропан-бутан, а в Аргентине более 800 тыс. автомобилей работают на сжатом природном газе.
- Отсутствие драгметаллов и относительно невысокая стоимость единицы мощности (при массовом производстве до 400 дол. США/кВт).
Твердооксидные топливные элементы эффективно работают при высоких рабочих температурах - 700950 °С. Поэтому скорость протекания электродных реакций достаточно высока и не требуется использования дорогостоящих катализаторов. Одним из преимуществ ТОТЭ является их невысокая требовательность к чистоте топлива. В качестве топлива, кроме водорода, могут быть использованы любые углеводороды, преобразованные в синтез-газ (Н2-СО). Основным компонентом ТОТЭ является твердый электролит, который проводит ток благодаря переносу ионов кислорода. Чаще всего используют в качестве твердого электролита керамику на основе 2г02, аноды на основе никелевого кермета и оксидные катоды на основе, например, манганита лантана стронция. Все используемые в ТОТЭ материалы достаточно распространены в земной коре и при рабочих температурах ТОТЭ термодинамически устойчивы. Таким образом, срок службы ТОТЭ обусловлен не используемыми материалами, а конкретными конструкциями и используемыми технологиями. Ресурсные испытания единичных элементов, проводимые за рубежом, к 2005 году превысили 80000 тысяч часов, испытания батарей элементов (модулей, стеков) - 40000 тысяч часов и продолжаются. Т.е. вполне можно рассчитывать на срок службы энергоустановок 10-15 лет.
- Высокие значения рабочей удельной мощности до 0,6 Вт/см2, подтвержденный КПД - 50-65% без утилизации тепловой энергии, а с утилизацией - до 80-90%.
- Отсутствие климатических ограничений (работа при отрицательных температурах окружающей среды).
Вместе с тем доведение ЭЭУ на ТОТЭ до уровня широкой коммерциализации является более сложной технологической задачей, чем в случае низкотемпературных ТЭ и требует больше времени на доведение до уровня коммерческого продукта. Требуется подтверждение их ресурса при циклической нагрузке, отработка режимов выхода на рабочие температуры и др. Однако следует отметить, что успехи в развитии технологии ТОТЭ сегодня налицо. Мировые лидеры в области ТОТЭ фирмы Delphi Corporation, Siemens Energy, FuelCell Energy Inc., Rolls-Royce,Versa Power Systems концептуально разными путями вплотную подошли к созданию коммерческих энергоустановок на ТОТЭ с высокими эксплуатационными характеристиками [39].
Новая молодая компания Violet Fuel Cell Stick заявила о достижении удельной мощности, запатентованной ими конструкции SOFC Stick™ - 15 кВт/л [40]. Авторы опубликовали сравнительный анализ плотности упаковки различных конструктивных исполнений ТОТЭ и удельной объемной мощности (рис. 5)
По их мнению, худшими удельными характеристиками (~0,8 кВт/л) обладает трубчатая конструкция, несколько лучше (~1,0 кВт/л) - планарная конструкция, затем идет микротрубчатая —7,0 кВт/л и, конечно, предложенная и испытанная авторами (рис. 6) SOFC Stick™ —15,0 кВт/л. Авторы считают, что для батарей SOFC вполне достижима объемная удельная мощность более 70,0 кВт/л.
TUBES PLATES MICRO-TUBES DEMO STICK STICK
20em 6cm 0.2cm o.msem ОЛ1?5ет
Рис. 5. Зависимость объемной удельной мощности ТОТЭ (кВт/л) от конструкции элемента (плотность упаковки: отношение объема рабочей части ТОТЭ к поверхности, генерирующей ток, V/S, см) Fig. 5. Dependence of volumetric power density of SOFC (kW/l) on the element design (packaging density: the ratio of the SofC working part to the surface generating current, V/S, cm)
Рис. 6. 20-элементная батарея SOFC Stick™ имеет: длину ~500 мм, ширину ~40 мм, толщину ~6 мм, при активной площади электродов элемента 33,3х3 см Fig. 6. 20-cell battery SOFC Stick ™ has: length of ~500 mm, a width of ~40 mm, thickness of ~ 6 mm, with the active electrode area of the element - 33,3x3 cm
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (95) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
Основной технологией для формирования многослойных структур ТОТЭ является технология литья пленок (Tape Casting), используемая при промышленном изготовлении конденсаторов. Авторы предполагают, что электрохимическая часть 50 кВт энергоустановки (например, для автомобиля) на основе батарей SOFC Stick™ будет иметь вид, представленный на рис. 7.
Рис. 7. Внешний вид электрохимической части энергоустановки на основе батарей SOFC Stick™ Fig. 7. The appearance of electrochemical power plants on the basis of SOFC Stick ™ batteries
Автомобиль: суммарная энергоэффективность и минимизация выбросов Учитывая, что число автомобилей, ежегодно выпускаемых в мире, с каждым годом будет все больше превышать сегодняшнее мировое производство (около 50 млн/год), целесообразно иметь глобальный взгляд на их влияние на окружающую среду и человека. Можно рассматривать автомобиль с точки зрения смога, создаваемого в городе. Однако более логично рассматривать АТС, в том числе и городской автомобиль, не по локальному его использованию, а с точки зрения его суммарной энергоэффективности и минимизации эмиссии в атмосферу Земли, сравнивать по суммарному циклу использования химической энергии, учитывая как добычу, транспорт, так и преобразование топлива в движение (рис. 8). Рассмотрим более оптимистичное с точки зрения экологии топливо -природный газ без дополнительных переработок. Нефтепродукты требуют переработки, а значит, приводят как к снижению эффективности, так и к увеличению выбросов в атмосферу. Попытаемся оценить экологическую составляющую полного цикла рассматриваемых АТС с наиболее приемлемым движителем - электромотором. Сравним гибридные автомобили, электромобили с тяговыми АБ при зарядке от централизованных электросетей и электромобили с бортовой энергоустановкой на ТПТЭ и ТОТЭ.
Рис. 8. Суммарная энергоэффективность АТС: с ДВС (гибрид), электромобилей на АБ и с энергоустановками на ТПТЭ и ТОТЭ Fig. 8. The total energy efficiency of vehicle: from internal combustion engines (hybrid), electric vehicles on accumulator battery and
the power system on PEM and SOFC
Наименее затратной считается добыча природного газа, как и нефти с шельфовых месторождений, поскольку степень технической сложности добычи напрямую зависит от глубины залегания и природных условий. Например, почти 90% нефти с шельфо-вых месторождений Северного моря добывается с глубин, не превышающих 60 м [41]. Эффективность добычи метана и последующего его транспорта по трубопроводу специалисты оценивают в 85%, низкотемпературное получение чистого водорода - 73% [42], получение электроэнергии на тепловых электростанциях принимаем в 35%, а передачу электроэнергии на большие расстояния по сети с учетом потерь на трансформирование до 700 кВ и обратно, а также на омическое сопротивление всех подводящих проводов оценим в 20%. КПД гибридного автомоби-
I
1
Для сравнения рассмотрим претендента на массовый, наиболее распространенный автомобиль с объемом ДВС два литра и мощностью 75 кВт на метане. Автомобиль DAEWOO NEXIA с двухлитровым инжекторным двигателем (газовое оборудование итальянской фирмы «Ловато»), который испытывал-ся на Дмитровском автополигоне [43], реально показал следующие характеристики. На 100 км пути расходуется около 23 м3 метана. При движении со ско-
ля с ДВС и электромотором, работающим при постоянной нагрузке - 25% (КПД ДВС 30-35% умножаем на КПД электромотора 80%).
Все процессы цикла: добыча энергоносителя, его транспорт и преобразование в движение автомобиля -связаны с работой механизмов и эмиссией в атмосферу тепличных газов, которую можно оценить удельной характеристикой, приведенной к выбросам СО2 в граммах на один кВтч [42] (рис. 9). В предложенной схеме мы опускаем оценку эмиссии, связанную с работой механизмов, перекачивающих энергоноситель (природный газ, водород) по трубопроводу. Эта величина будет зависеть от длины трубопровода, его сечения, от величины трения газа о стенку трубы, но она, безусловно, только усугубит результаты анализа.
ростью 60 км/час КПД был менее 13%. Выбросы в атмосферу (эквивалент СО2) составили 445 г/кВтч. Выбросы от неэффективно использованного топлива составили более 387 г/кВтч. Для гибридного автомобиля [44] примем половинную мощность ДВС с КПД - 30%. Результаты оценки (перемножения КПД последовательных процессов в полном цикле энергоноситель - автомобиль и сложение выбросов углекислого газа) приведены в табл. 1.
Рис. 9. Эмиссия тепличных газов в полном цикле (энергоноситель - автомобиль), приведенная к СО2 (г/кВтч) Fig. 9. Emission of greenhouse gases in the full cycle (energy source - a car), equivalent to CO2 (g/kWh)
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (95) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
Таблица 1
Сравнение суммарного КПД и выбросов электромобилей с различными видами двигателей: электродвигателя, автомобиля с ДВС и гибридной системой по суммарному циклу
Table 1
Comparison of the total efficiency and emissions for electric vehicles with different kinds of engines:
for electromotor car, car with a combustion engine and hybrid system based on the total cycle
Тип движителя АТС Эффективность, % Выброс CO2, г/кВтч
ДВС на метане (75 кВт) < 9 785-805
Гибрид ДВС + + электромотор 17,3 560-590
Электромотор с тяговой АБ 4,1 520-550
Электромотор с бортовой ЭУ на ТПТЭ 14,4 630-660
Электромотор с бортовой ЭУ на ТОТЭ 37,6 380-410
Приведенный анализ показывает, что электромобиль с силовой аккумуляторной батареей и с бортовой энергоустановкой на водород-воздушных ТПТЭ, обладая локальной экологической чистотой, имеет более низкий суммарный КПД. В первом случае это связано с низкой энергоэффективностью централизованной энергетики, во втором случае (ТПТЭ) - с необходимостью использования очень чистого топлива - водорода. При этом суммарные выбросы электромобиля с АБ сравнимы с выбросами автомобиля с гибридной системой привода, а выбросы электромобиля с бортовой энергоустановкой на ТПТЭ даже превышают выбросы гибридного автомобиля (ДВС плюс АБ и электродвигатель). При этом его КПД более чем в два раза превышает гибридный автомобиль, а выбросы в два раза меньше, чем у условно распространенного «городского» автомобиля. Перечисленные недостатки будут умень-
шены в будущем при переходе на децентрализованную, распределенную энергетику, на получение водорода не традиционным, наиболее широко применяемым сейчас способе конверсии метана, а из возобновляемых источников энергии. Однако это в будущем. Анализ показал, что максимальным КПД и минимальными выбросами обладает электромобиль с бортовой энергоустановкой на метан-воздушных ТОТЭ. К сожалению, разработке таких АТС уделяется недостаточное внимание как ведущими международными автопроизводителями, так и нашими, российскими.
Тем не менее, разработка высоконапряженных систем на ТОТЭ, которые могут быть применимы для АТС, ведется во всем мире. У нас в России в настоящее время в Институте электрофизики УрО РАН разрабатываются необходимые технологии для реализации энергонапряженных энергосистем с ТОТЭ «микротрубчатой» и «микропланарной» конструкции с использованием наноматериалов всех компонентов и нанотехнологий [45]. В табл. 2 приведено сравнение удельных характеристик ТОТЭ трубчатой конструкции, реализованных ведущими фирмами США, разрабатываемых в РФ, в Японии и планируемых к разработке.
Для увеличения удельной мощности разработчики сначала в Европе, а затем и в США обратили свое внимание на плоскую, планарную конструкцию ТОТЭ. В табл. 3 приведено сравнение удельных характеристик ТОТЭ планарной конструкции, реализованных ведущими фирмами. При этом в качестве рабочего объема ТОТЭ, как и для трубчатой конструкции, принят объем электрохимической части, включающий газовые каналы и токопроходы, обеспечивающие коммутацию элементов в батарею и ее работоспособность. Учитывая такую поправку рабочего объема, удельная мощность «микропланарной» конструкции SOFC Stick™ (YSZ, 1000 °C) будет не 15 кВт/л, как заявляли авторы, а в два раза меньшая -7,5 кВт/л.
Удельные мощности ТОТЭ трубчатой конструкции The specific power SOFC tubular construction
Таблица 2
Table 2
Фирма (страна) Конструкция элемента (электролит, температура) Удельная мощность, кВт/л
Westinghous (США, 1987) Трубчатая 024 мм (YSZ, 950 °C) 0,16
Siemens (США, 2009) Д-трубчатая, сторона ~20 мм (YSZ, 950 °C) 0,8
ИВТЭ (ВТК*) (Россия, 1989) Трубчатая 010 мм (YSZ, 950 °C) 0,58
ИЭФ (Россия, патент РФ, 2009) Д-трубчатая (YSZ, 950 °C) 1,2
ИЭФ (Россия, 2010) Микротрубчатая 03 мм (YSZ, 950 °C) 1,16
AIST (Япония, 2009) Микротрубчатая 00,8 мм (GDC, 550 °C) 2,0
AIST (Япония, расчет Микротрубчатая 00,8 мм (GDC, 950-1000 °C) 7,0-8,0 кВт/л
*ВТК - временный трудовой коллектив, объединявший сотрудников четырех НИИ.
Таблица 3
Удельные мощности ТОТЭ планарной конструкции
Table 3
The specific power of planar SOFC
Фирма (страна) Конструкция элемента (электролит, температура) Удельная мощность, кВт/л
FZ Julich (Германия) Планар (YSZ, 850 °C) 0,13
FCE+WPS (США) Планар (YSZ, 850 °C) 0,36
Delphi (США) Планар (YSZ, 850 °C) 0,72
Violet Fuel Cell Stick (США) МикроПланар SOFC Stick™ YSZ, (1000 °C) 15 (7,5)
Таким образом, сравнивая удельные мощности «микротрубчатой» и «микропланарной» конструкций ТОТЭ при одинаковых условиях, можно говорить о близком достижении удельных характеристик ТОТЭ - 7-8 кВт/л, независимо от конструкции элемента, но при использовании идентичных принципов конструирования.
Выводы
Авторы считают, что использование энергосистем на основе ТОТЭ целесообразно не только для стационарного применения в рамках распределенной энергетики, но возможно и для мобильного использования в качестве сначала вспомогательных энергоустановок на транспорте, а затем и в качестве основных энергоустановок для автомобиля, а также железнодорожного и водного транспорта. Использование ТОТЭ и газообразного топлива реально приводит к повышению энергоэффективности энергоустановки, а также к сохранению энергоресурсов и улучшению экологии за счет снижения выбросов в атмосферу нашей планеты.
Список литературы
1. Раменский А.Ю., Нефедкин С.И., Шелищ П.Б. Применение водорода в качестве моторного топлива для автомобильных двигателей внутреннего сгорания. История, настоящее и перспективы // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2006. № 11. С. 63-70.
2. European Environment Agency, Climate for a transport change. TERM 2007: indicators tracking transport and environment in the European Union Report No 1/2008, EEA, Copenhagen (2008).
3. Sopena С., Diéguez P.M., Sáinz D., Urroz J.C., Guelbenzu E. and Gandía L.M. Conversion of a commercial spark ignition engine to run on hydrogen: Performance comparison using hydrogen and gasoline // International Journal of Hydrogen Energy. February 2010. Vol. 35, Is. 3. P. 1420-1429.
4. Directive European Union 70/220/EEC. Emission regulations for new light duty vehicles (cars and light commercial vehicles).
5. Специальный технический регламент. Постановление Правительства РФ от 12.10.2005.
6. Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council of 23 April 2009 on the promotion of the use of energy from renewable sources // Official Journal of the European Union (5.6.2009). P. L140/167-62.
7. Regulation (EC) No 79/2009 of the European Parliament and of the Council of 14 January 2009 on type-approval of hydrogen-powered motor vehicles // Official Journal of the European Union (4.2.2009). P. L35/32-46.
8. http://www.lowcarboneconomy.com/community_ content/_low_carbon_news/9200.
9. Muradov N.Z. and Veziroglu T.N. "Green" path from fossil-based to hydrogen economy: an overview of carbon-neutral technologies // Int J. Hydrogen Energy. 33 (2008). P. 6804-6839.
10. Winter C.-J. Hydrogen energy-abundant, efficient, clean: a debate over the energy-system-of-change // Int J Hydrogen Energy 34 (2009). P. S1-S52.
11. Нефедкин С.И. Физико-химические методы исследований в технологиях водородной и электрохимической энергетики. Курс лекций. М.: Издательский дом МЭИ, 2008.
12. Карунин А.Л., Бахмутов С.В., Селифонов В.В. и др. Гибридные автомобили - столбовая дорога к экономичному и экологически чистому транспорту // Журнал автомобильных инженеров. 2007. № 3 (44). С. 38-45.
13. Stockhausen W.F., Natkin R.J., Kabat D.M., Reams L., Tang X. and Szwabowski S.J. et al. Ford P2000 hydrogen engine design and vehicle development program // SAE Paper (2002) 2002-01-0240.
14. Natkin R.J., Tang X., Whipple K.M. and Stockhausen W.F. Ford hydrogen engine laboratory testing facility // SAE Paper (2002) 2002-01-0241.
15. Tang X., Kabat D.M., Natkin R.J. and Stockhausen W.F. Ford P2000 hydrogen engine dynamometer development // SAE Paper (2002) 200201-0242.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (95) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
16. Szwabowski S.J., Hashemi S., Stockhausen W.F., Natkin R.J., Reams L. and Kabat D.M. et al. Ford hydrogen engine powered P2000 vehicle // SAE Paper (2002) 2002-01-0243.
17. Kiesgen G., Kluting M., Bock C. and Fischer H. The new 12-cylinder hydrogen engine in the 7 series: the H2ICE age has begun // SAE Paper (2006) 2006-010431.
18. Wallner T., Lohse-Busch H., Gurski S., Duoba M., Thiel W. and Martin D. et al. Fuel economy and emissions evaluation of BMW hydrogen 7 mono-fuel demosntration vehicles // Int J Hydrogen Energy 33 (2008), pp. 7607-7618.
19. Kiesgen G., Kluting M., Bock C. and Fischer H. A new 12-cylinder engine, hydrogen in the 7 Series: H2 Ice Age has already begun // SAE Paper (2006) 2006-010431.
20. Раменский А.Ю. Исследование рабочих процессов автомобильного двигателя на бензино-водо-родных топливных композициях. Канд. дисс. Москва, 1982.
21. Раменский А.Ю., Шелищ П.Б., Нефедкин С.И., Киселев И.В., Доронин Д.В., Машкин В.Ф. Разработка и испытание экологически чистого автомобиля, работающего на бензоводородных топливных композициях. Труды межд. симпозиума по водородной энергетике. 1-2 декабря 2009 г. Москва. МЭИ. Труды. С. 182-188. http://www.h2-symposium.ru/.
22. Бризицкий О.Ф., Терентьев В.Я., Христолю-бов А.П., Золоторевский И.А., Кириллов В.А., Собя-нин В.А., Садыков В.А., Мирзоев Г.К., Сорокин А.И. Разработка компактных устройств для получения синтез-газа из углеводородного топлива на борту автомобиля // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2004. № 11. С. 17-23.
23. North American international Auto Show. Detroit. 16-24 January 2011.
24. 25-я Международный Семинар по аккумуляторам. Материалы конференции. США. Флорида 1720 марта 2008.
25. http://www.prtm.com.
26. http://yo-mobil.livejournal.com/8820.html.
27. Kromer M.A., Joseck F., Rhodes T., Guernsey M. and Marcinkoski J. Evaluation of a platinum leasing program for fuel cell vehicles // International Journal of Hydrogen Energy. Volume 34, Issue 19. October 2009. P. 8276-8288.
28. Sinha J., Lasher S., Yong Y., Kopf P. Direct hydrogen PEMFC manufacturing cost estimation for automotive applications // TIAX LLC, DOE Annual Merit Review, Project ID #FC8; 6/10/2008.
29. James B., Kalinoski J. and Baum K. Mass production cost estimation for direct H2 PEM fuel cell systems for automotive applications, Directed
Technologies, Inc (9/24/2008) Status presentation to the fuel cell tech team.
30. Multi-year program plan Available from U.S. Department of Energy (DOE) (2007). http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/myp p/pdfs/fuel_cells.pdf.
31. Platinum availability and economics for PEMFC commercialization, Report to U.S. Department of Energy DE-FC04-01AL67601, Tiax Llc. (December 2003).
32. Стихин А.С. Энергоустановки на щелочных топливных элементах. Труды 3 межд. симпозиума по водородной энергетике. Москва. МЭИ. 1-2 декабря 2009 г. Изд. МЭИ С. 63-71. http://www.h2-symposium.ru/.
33. Коровин Н.В. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки. М.: Изд-во МЭИ, 2005.
34. http://citytransport.info/Electbus.htm.
35. http://nanobus.org/dotnetnuke/SimilarSchemes/ SupercapacitorBuses/tabid/78/Default.aspx.
36. http://www.co-way.org/english/case_view.asp?id=8.
37. American Ceramic Society Bulletin, Vol 88, №2 (fev. 2009г.).
38. III Международная конференция «Альтернативные источники энергии для больших городов». Материалы конференции. Россия. Москва. 23-24 октября 2008 года.
39. 10th Annual Solid State Energy Conversion Alliance (SECA) Workshop, Pittsburgh, PA July 14-16, 2009 Publications, Conference Proceedings.
40. USA Patent No.: US 2009/0123810 Al, FUEL CELL DEVICE AND SYSTEM, Pub. Date:May 14, 2009.
41. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1 %D0%B5 % D0%B2%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0% B5_%D0%BC%D0%BE%D1%80%D0%B5#.D0.A8. D0.B5.D0.BB.D1.8C.D1.84.D0.BE.D0.B2.D1.8B.D0.B5_. D0.BC.D0.B5.D1.81.D1.82.D0.BE.D1.80.D0.BE.D0.B6.D 0.B4.D0.B5.D0.BD.D0.B8.D1.8F_.D0.BD.D0.B5.D1.84.D 1.82.D0.B8_.D0.B8_.D0.B3.D0.B0.D0.B7.D0.B0.
42. Rome: Anglo Italian Seminar, 27th October 2004.
43. http://www.avtonov.svoi.info/gaz.htm ht.
44. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0% B8 %D0%B1%D1%80%D0%B8%D0%B4%D0%BD%D1 %8B%D0%B9_%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE %D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1 %8C.
45. Липилин А.С. Состояние и будущее индивидуальной энергетики // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2009. № 9.
http://www.abercade.ru/research/analysis/3721.html.
