Vandenilinė transporto priemonė

Vandenilinė transporto priemonė – transporto priemonė, kuri naudoja iš vandenilio išgautą energiją judėjimui. Vandenilinės transporto priemonės yra tiek kosmoso tyrinėjimuose naudojamos raketos, tiek automobiliai, autobusai ar kitos transporto priemonės. Tokiose transporto priemonėse esančios jėgainės paverčia vandenilio cheminę energiją į mechaninę energiją deginant vandenilį vidaus degimo varikliuose arba cheminės reakcijos metu jungiant vandenilį su deguonimi degalų elemente panaudojant išgautą elektrą elektromobilių motoruose. Paplitęs vandenilių transporto priemonių naudojimas vadinamas pagrindu vandenilio ekonomikai.

Transporto priemonės

Automobiliai 
2019 m. duomenimis, viešai rinkoje prieinami vandeniliniai automobiliai: Toyota Mirai, Hyundai Nexo ir Honda Clarity.

2013 m. Hyundai Tucson FCEV buvo pirmas komercinis masiškai gaminamas vandenilio kuro elementų automobilis pasaulyje. Hyundai Nexo, kuris pakeitė Tucson modelį 2018 m., buvo išrinktas saugiausiu visureigiu „Euro NCAP“ 2018 m. ir gavo įvertinimą „Geras“ šoninės avarijos testo, atlikto greitkelių saugumo instituto, metu.

Toyota išleido savo pirmąjį vandenilio kuro elemento automobilį Mirai 2014 m. pabaigoje Japonijoje, o pradėjo prekybą JAV rinkoje 2015 metais. Automobilis gali nuvažiuoti iki 502 kilometrų, o  įkrovimas vandenilio kuro elemento užtrunka iki 5 minučių. Pradinė kaina Japonijoje siekė 7 milijonus jenų, o tai yra apie 69 000 Jungtinių Valstijų dolerių. Per visą laikotarpį iki 2019 metų buvo parduota 5000 automobilių, skaičiuojama kad nuo kiekvieno parduoto automobilio Toyota koncernas patiria iki 100 000$ nuostolių..

Autobusai 
Viešajame transporte aktyviausiai daromi nauji bandymai su vandeniliu. Nuo 1991 m. pasaulio keliuose pasirodė keli šimtai vandenilį naudojančių autobusų. Didžioji dalis jų JAV ir Europos keliuose. Vandenilio kuro elementų autobusai pasiekė aukštą technologinį lygį, tačiau dar vis nėra komerciškai paklausus. Gamybos kaina siekia apie milijoną dolerių (900 000 eurų), o dyzelinių autobusų kainos siekia apie 220 000 eurų. Tikimasi, kad iki 2030 m. pavyks sumažinti gamybos kainą iki 350 000 eurų, kas leistų konkuruoti su tradiciniais dyzeliniais autobusais.

Šakiniai krautuvai 

Šakiniai krautuvai „HICE forklift“ ir „HICE lift truck“ yra pramoniniai krautuvai naudojami įvairių prekių iškrovimui, pervežimui, pakrovimui sandeliuose. Pirmas „HICE forklift truck“ modelis pasirodė 2008 metais Hanoverio parodoje, „Linde X39“ dyzelinis variklis buvo perdarytas į vandenilio vidaus degimo variklį įdiegiant kompresoriu ir tiesioginio įpurškimo galimybes.
Dauguma kompanijų JAV ir Europoje nenaudoja iškastinio kuro šakinių krautuvų sandeliuose, kuriose dirba žmonės, kadangi transporto priemonės yra naudojamos viduje ir jų išmetamos emisijos turi būti kontroliuojamos. Sandeliuose kaip alternatyva paplito elektriniai,vandenilio vidaus degimo ir vandenilio kuro elemento tipo krautuvai. Standartiškai ilgas elektros baterijų įkrovimo laikas lėmė, kad vandenilio vidaus degimo varikliai tapo geriausiu sprendimu, nes jų įkrovimo laikas užtrunka tik 3 minutes. Taip pat jų efektyvumas nekrenta esant žemesniai temperatūrai,lyginant su įprastais elektriniais krautuvais.

Raketos 
Didžiosios raketos naudoja suskystintą vandenilį kaip kurą, o suskystintą deguonį kaip katalizatoriu. Vandenilinės raketos pranašumas yra greitas, efektyvus išpurškimo greitis lyginant su kerosino varikliu. Pagal Tsiolkovsky raketų lygtį, raketa su didesniu išpurškimo greičiu sunaudoja mažesnį kuro kiekį įgyjant greitį. Taip pat vandenilis išskiria didžiausią energijos kiekį per vieną kilogramą lyginant su kitu naudojamu kuru.

Didžiausias trūkumas tokių raketų yra mažas tankis ir reikalinga žema temperatūra suskystintam vandeniliui, kas savaime reiškia didesnes talpas ir reikalingą geresnę izoliaciją. Tai padidina raketos struktūros dydį, taip pat didelis trūkumas yra suskystinto vandenilio laikymo sąlygos pačioje raketoje. Termodinamikos dėsniai lemia, tai kad suskystintas vandenilis negali būt laikomas ilgą laiką degalų saugyklose, dėl nuolatinio temperatūros didėjimo, todėl raketos turi būti aprūpinamos vandeniliu prieš pat raketos paleidimą. Tokios priežastys lemia, kad pakolkas karinėje pramonėje balistinės raketos nenaudoja vandenilio.

Suskystintas vandenilis buvo naudojamas taip pat „Space Shuttle“ misijose ,kuro elementai naudojo vandenilį kaip elektros šaltinį sistemos darbui, o šalutinis produktas vanduo buvo naudojamas  geriamajam vandeniui ir kitiems reikalingiems darbams atlikti.

Vidaus degimo variklis 
Vandenilio vidaus degimo varikliai yra modifikuoti benzino vidaus degimo varikliai. Varikliai degina vandenilį vietoj benzino. Pagrindinis skirtumas yra degimo šalutinis produktas. Įprasti benzininiai, dyzeliniai varikliai išskiria anglies dioksidą (CO2),azoto oksidą (NOx), kietąsias daleles, nesudegusius angliavandenilius (CH) o vandenilio tipo varikliai išskiria tik vandens garus. Pirmąjį vandenilio vidaus degimo variklį išrado 1807 Francois Isaac de Rivaz, tačiau jo modelis nepasiekė sėkmės, dėl savo sudėtingumo.

Vandenilio kuro elementas 

Kuro elementas yra elektrocheminis elementas kuris konvertuoja cheminę energiją iš vandenilio į elektrą panaudodamas elektrocheminę reakciją vandenilio su deguonimi arba kitu oksiduojančiu agentu. Kuro elementai skiriasi nuo batterijų, tuo kad jiems reikalingas pastovus vandenilio ir deguonies arba kito agento sąsajis norint palaikyti cheminę reakciją, tuo tarpu baterijoje energija gaunama iš cheminių medžiagų kurios jau yra baterijoje. Vandenilio kuro elemento gamyba kainuoja daugiau nei įprastinių automobilių bakų, kadangi gamyboje naudojama platina kaip katalizatorius.

Išgavimas 
2019 metais egzistuoja tik vienas natūralus vandenilio šaltinis pasaulyje, kuris yra Malyje.Šiais metais 70 millijonų tonų vandenilio yra pagaminama pasaulyje norint patenkinti pramonės paklausą. 2018 metais 95% viso vandenilio buvo išgaunama iš iškastinio kuro, naudojant garų kaupčiavimo metodą, metano oksidavimą arba kitus būdus.

Infrastruktūra 

Vandenilio infrastruktūrą sudaro: vandenilio stotys, vandenilio išgryninimo gamyklos, transportavimo priemonės ir vandenilio dujotiekio vamzdžiai. Vandenilio stotys, kurios nėra tiesiogiai pasiekiamos vandenilio vamzdžiais, vandenilio atsargas gauna: pačioje stotyje išgaunant vandenilį, atsivežant suspaustą vandenilį cilindruose naudojant sunkiasvores transporto priemones arba vandenilio dujovežiais.

Įkrovimo stotys 
2018 metais Jungtinėse Amerikos Valstijose buvo 40 vandenilio papildymo degalinių, iš kurių dauguma Kalifornijoje palyginus su 19 000 elektromobilių įkrovimo stočių. Reikalingas stočių paplitimas norint padengti JAV pareikalautų iki pusės trilijono JAV dolerių investicijų.
Japonijoje 2019 metais suskaičiuojama apie 96 įkrovimo viešų stočių.
Europoje šiuo metu veikiančių įkrovimo stočių suskaičiuojama 152.

Ateities perspektyvos 

Japonijos iniciatyva pradėta vykdyti pasaulinė vandenilio politika, kuri gavo palaikymą iš 30 pasaulio valstybių energijos ministrų, kurie dalyvavo kasmetinėje vandenilio konferencijoje Tokijoje. Rezoliucijoje siekiama per 10 metų įdiegti papildomai 10 000 naujų vandenilio įkrovimo stočių ir pagaminti iki 10 milijonu naujų transporto priemonių. Japonija tikisi iki 2050 metų sumažinti vandenilio išgavimo kainą iki dešimtdalio dabartinės kainos.
Tarptautinė energetikos agentūra(angl. International Energy Agency) 2019 m. liepos pranešime pirmą kartą skyrė didelį dėmesį vandenilio pramonei, kuriai išsivysčius pavyktų sumažinti pasaulinius anglies dioksido lygius. Sparčiai besivystant atsinaujinančios elektros technologijomis, tai turėtų padėti sumažinti vandenilio išgavimo kainą apie 30% iki 2030 metų.

Išnašos 

Transportas
Vandenilis