Введение
Использование ископаемого топлива стало частью повседневной потребности в энергии, и потребность в ней со временем растет. Использование ископаемого топлива способствует выбросам парниковых газов в окружающую среду и загрязнению атмосферного воздуха, что в настоящее время является глобальной проблемой. Из-за такого уровня потребления, а также ограниченных запасов ископаемого топлива, было поддержано открытие и использование альтернативных и возобновляемых источников энергии, включая водородную энергию в качестве энергоносителя. Разрабатываются и демонстрируются технологии получения водорода из новых и возобновляемых источников энергии. Чтобы удовлетворить будущие потребности в энергии устойчивым и экологически приемлемым способом, необходимо разработать технологии производства, хранения и использования водорода на транспорте, а также портативную и стационарную выработку энергии.
Необходимость внедрения водородных технологий и различных технологий двигателей
Разрушительные последствия изменения климата в сочетании с глобальным потеплением, вызванным выбросами парниковых газов из ископаемого топлива в атмосферу, стали общей проблемой. Проблемы сохранения окружающей среды помогли миру пролить свет на острую необходимость создания зеленой и устойчивой энергетической экосистемы (Qazi et al., 2019). Таким образом, существует необходимость внедрения технологии водородного топлива в автомобилестроении и автоспорте. Водородные технологии и различные технологии двигателей, такие как топливные элементы и двигатели внутреннего сгорания (ДВС), необходимо внедрять в автоспорт по нескольким причинам. Например, водородные технологии и двигатели на топливных элементах могут быть внедрены в автоспорт как способ продемонстрировать их возможности и потенциал для использования в транспортных средствах будущего (Hacking et al., 2019). Высокопроизводительный и требовательный характер автоспорта может предоставить ценные данные и идеи для дальнейших исследований и разработок технологии водородных топливных элементов (Палмер, 2022). Мероприятия по автоспорту могут служить платформой для продвижения устойчивого развития и альтернатив чистой энергии (Луо и др., 2021). Использование технологии водородных топливных элементов в автоспорте может помочь снизить выбросы и улучшить общее воздействие соревнований на окружающую среду.
Электромобили (EV), работающие на водородных топливных элементах, могут участвовать в гонках. Этот вариант поможет заинтересованным сторонам и компаниям найти жизнеспособную альтернативу традиционным двигателям внутреннего сгорания (ДВС) (Faizal et al., 2019). В результате успешное участие в гонках автомобилей с водородным двигателем побудит автомобильный сектор помочь в популяризации технологии водородного топлива. С другой стороны, существует острая необходимость ограничить чрезмерную зависимость от ископаемого топлива в большинстве стран и компаний. Таким образом, применение технологии водородных топливных элементов в гонках — верный способ, демонстрирующий потенциал снижения зависимости от ископаемого топлива (Ахмади, 2019). Внедрение водородных двигателей в автоспорте является лучшим вариантом, который может стать испытательным полигоном для технологии водородных топливных элементов. Тестирование, проводимое во время этих мероприятий, создаст возможности для выявления проблем и способов решения таких проблем, прежде чем они будут развернуты в других приложениях (Wu et al., 2019). Кроме того, внедрение технологии водородных топливных элементов в автоспорте поможет проводить более захватывающие и динамичные гоночные соревнования (Thomas et al., 2020). Эта международная деятельность прокладывает путь к передовым инновациям в области эффективной и устойчивой энергетики.
Большая часть земного шара движется к технологиям экологически чистой энергетики, которые поддерживают устойчивое развитие. Однако эту идею можно легко донести до каждого гражданина в разных странах посредством инициатив по повышению осведомленности общественности (Bögel et al., 2018). Информированность будет иметь важное значение для освещения возможностей водородных технологий в громких условиях. Максимальная осведомленность облегчит внедрение водородных технологий в более широкий транспортный сектор (Hienuki et al., 2019). Общественность должна осознавать, что использование водородного топлива будет способствовать устойчивому развитию (Обенаус-Эмлер и др., 2021). Водородные топливные элементы экологически безопасны, поскольку в качестве побочного продукта они выделяют водяной пар, в отличие от бензиновых двигателей (Felseghi et al., 2019). Водородные топливные элементы обладают высокими характеристиками и способностью обеспечивать высокую удельную мощность при низкой плотности веса (Ко и Шин, 2023). Аспект мощности дает водородному топливу большое предпочтение с точки зрения его пригодности и использования в автоспорте.
Существующая водородная технология
Лишь немногие компании дошли до участия в производстве водородных двигателей. Несмотря на то, что водородная технология в настоящее время широко не используется в гонках, за последние годы произошли некоторые замечательные достижения (Tashie-Lewis & Nnabuife, 2021). Автомобильные компании представили на соревнованиях свои первые водородные автомобили. Эти автомобили продемонстрировали больший потенциал и производительность, чем обычные бензиновые двигатели (Thomas et al., 2020). Технология водородного топлива была опробована в различных гоночных видах спорта, таких как гонки на выносливость, автомобильный спорт, картинг, Формула-1 и мотоциклы. Например, Toyota Mirai FCV прошла испытания в гонках на выносливость, таких как «24 часа Нюрбургринга» и серия Super GT (Rivard et al., 2019). В мотогонках используются водородные топливные элементы в качестве источника энергии в гонках. Например, чемпионат мира FIM MotoE, первая серия гонок на полностью электрических мотоциклах, дебютировал в 2020 году и использует водородные топливные элементы в качестве варианта зарядки (Rubio et al., 2023). Считается, что многообещающее будущее чистой энергетики будет способствовать развитию водородных технологий в различных видах спорта по всему миру.
В автомобильных гонках наблюдается быстрое расширение и внедрение водородных технологий большинством производителей, чтобы конкурировать на мировом рынке. Некоторые производители уже работают над гоночными автомобилями и прототипами на водородных топливных элементах, такими как Green GT, гоночный автомобиль, предназначенный для участия в гонках «24 часа Ле-Мана» (Rivard et al., 2019). Гонки Формулы 1 — еще одно очевидное применение водорода в гонках. Швейцарская компания GreenGT разработала конструкцию, работающую на водороде, которая используется в гонках Формулы-1 (Палмер, 2022 г.). Этот прототип использует топливный элемент для преобразования водорода в энергию для приведения в движение электродвигателя. Еще одним видом спорта, в котором для получения энергии уже используются водородные топливные элементы, является MotoGP, который разработал электрический мотоцикл, который используется с 2019 года (Rivard et al., 2019). Команды в этом виде спорта используют машины Energica Ego Corsa, в которых используется технология водородных топливных элементов.
Авиация также внедрила технологию водородного топлива в крупных фирмах, таких как ZeroAvaia, базирующаяся в Великобритании. Фирма разработала самолеты с водородными двигателями, которые дебютировали в воздушной гонке E (Bingham et al., 2022). Ниже приведены несколько примеров того, как технология водородного топлива продолжает применяться во многих видах спорта. На стартовой решетке Формулы-1 не было официальных автомобилей с водородным двигателем. Однако в последние годы некоторые команды и производители экспериментировали с водородными топливными элементами как методом производства энергии и сокращения загрязнения (Madsen et al., 2020). Использование водорода в качестве альтернативы бензину нашло применение в картинге. Доступны коммерческие карты с водородным двигателем, такие как CREDEN Hy-Kart, который предназначен для гоночных трасс в помещении и на открытом воздухе.
Плюсы использования водородного топлива
Водород имеет множество преимуществ в качестве альтернативы бензину в автоспорте. Например, водород является чистым источником топлива, поскольку при сгорании он выделяет только водяной пар. Его использование в автоспорте является экологически безопасным, что означает, что он не выделяет вредных загрязняющих веществ, таких как углекислый газ и твердые частицы, которые могут повлиять на здоровье человека и окружающую среду (Рубио и др., 2023). Нулевой выброс вредных газов ставит водород на первое место в списке приоритетов устойчивой и зеленой энергетики. Водород доступен в изобилии, что делает производство водорода менее ограниченным (Ishaq et al., 2022). Таким образом, водород обладает гибкостью, поскольку его можно создавать из целого ряда источников, включая воду и природный газ.
Автоспорт — это автомобили, которым требуется высокое энергопотребление и дальность пробега больше, чем у обычных транспортных средств. Автомобили на водородных топливных элементах имеют больший запас хода, чем электромобили, и их можно заправлять за то же время, что и автомобили на бензине (Campíñez-Romero et al., 2018). Благодаря этому преимуществу водород выступает в качестве основного фактора, который сделает водород заменителем бензина. Еще одним преимуществом водорода является то, что это высокоэнергетическое топливо, отвечающее требованиям высокой мощности во время гонок на соревнованиях по автоспорту (Ishaq et al., 2022). Водород имеет большое количество энергии на единицу объема и массы, что делает водородное топливо привлекательной альтернативой бензину для транспортировки на дальние расстояния. Водород также может использоваться в качестве устойчивого носителя энергии, позволяя хранить и использовать избыточную энергию солнечной и ветровой энергии при необходимости.
Водородный топливный элемент тихий и не издает звуков, которые могут вызвать шумовое загрязнение, в отличие от бензиновых двигателей. Шумовое загрязнение является основной проблемой в автоспорте для сообществ и городских центров, граничащих с площадками для проведения автомобильных соревнований (Sun et al., 2022). Водородные двигатели тихие, и этот аспект будет в значительной степени способствовать снижению шума в городских районах во время соревнований по автоспорту. Кроме того, водородное топливо не оказывает негативного влияния на качество воздуха, поскольку при его сжигании нет запаха, в отличие от бензина и других видов ископаемого топлива.
Минусы использования водородного топлива
Хотя водород предлагает некоторые преимущества в качестве заменителя топлива, он также имеет определенные недостатки. Автоспорт может столкнуться с неудобствами из-за ограниченности инфраструктуры водородного топлива (Ishaq et al., 2022). Мест, предназначенных для подзарядки водородного автомобиля, стало меньше. Таким образом, автоспорт будет терять время всякий раз, когда водородная энергия иссякает или истощается, и возникает необходимость в дозаправке. Технология водородного топлива еще не прочно утвердилась на мировом рынке. Это отсутствие и редкий доступ к топливу на данный момент сделали водородное топливо более дорогим, чем бензин (Sun et al., 2022). В результате водородное топливо становится невыгодным для потребителей, поскольку оно менее рентабельно для потребления. Ранние этапы разработки и производства водородных транспортных средств побудили производителей и компании повысить цены. Этот фактор привел к высокой стоимости автомобилей на водородных топливных элементах по сравнению с типичными автомобилями с двигателями внутреннего сгорания (Sun et al., 2022). Этот фактор стал сдерживающим фактором для некоторых пользователей и автоспортивных организаций, поскольку в конечном итоге рентабельность не достигается.
Различные методы и технологии, используемые для производства водорода, также стали невыгодными и блокируют возможность замены водородным топливом бензина в автоспорте. В зависимости от технологии, используемой для производства водородного топлива, производство и доставка водорода потенциально могут быть энергоемкими и вызывать выбросы загрязняющих веществ (Bögel et al., 2018). В долгосрочной перспективе устойчивое развитие противоречит, поскольку мир движется к чистой энергии и защите окружающей среды. Еще одним недостатком использования водородного топлива является высокое сродство водорода к воспламенению и пламени. В отличие от бензина, трудно безопасно хранить и транспортировать водород без принятия мер предосторожности, которые относительно дороги. Кроме того, производство водорода путем электролиза воды требует значительного количества энергии, которая часто создается с использованием ископаемого топлива (Yin et al., 2023). Сжигание ископаемого топлива выбрасывает в атмосферу вредные углеродные продукты, которые загрязняют экосистему. Водород потенциально может стать эффективным и чистым источником энергии. Однако организациям и компаниям необходимо решить основные проблемы, препятствия и недостатки, прежде чем мир сможет предположить, что водородное топливо является жизнеспособной долгосрочной заменой бензина в автоспорте.
Барьеры и проблемы для технологии водородного топлива
Использование водородной энергии в автоспорте сталкивается с более серьезными проблемами, чем использование бензина. Различные проблемы и препятствия на пути использования водорода в качестве альтернативы бензину включают технологические, экономические, производственные, хранение и транспортные ограничения (Tashie-Lewis & Nnabuife, 2021). Эти барьеры являются глубокими недостатками, с которыми сталкиваются компании-производители водорода, пытаясь доказать жизнеспособность водорода по сравнению с ископаемым топливом (Rath et al., 2019). Таким образом, конкурентоспособность и пригодность газообразного водорода для замены бензина в автоспорте лежат в центре технологических, экономических, производственных, складских и транспортных проблем.
Технология
Технология водородного топлива не достигла уровня соответствия максимальным стандартам и нормам безопасности. В ряду реакционной способности газов водород периодически относят к легковоспламеняющимся и горючим (Rath et al., 2019). Эта взрывоопасная характеристика затруднила безопасную транспортировку и хранение водорода (Tashie-Lewis & Nnabuife, 2021). Чем меньше прогресс и развитие технологий может представлять опасность для водителей и болельщиков автоспорта. Существует потребность в безопасных технологиях, которые будут служить мерой безопасности в случае возникновения пожара из-за взрывов во время гонок (Rath et al., 2019). Еще одним технологическим недостатком является ограниченное развитие технологий топливной инфраструктуры. Центров заправки автомобилей с водородным двигателем мало (Campíñez-Romero et al., 2018). Эта проблема может привести к неудобствам при поиске резервного топлива для автоспорта во время соревнований.
Технология водородного топлива все еще нова и менее распространена в разных частях мира. По этой причине автомобили на водородных топливных элементах по-прежнему несколько дороже по сравнению с типичными автомобилями с двигателями внутреннего сгорания (Рубио и др., 2023). Высокая стоимость технологии может стать обескураживающим фактором, который может стать сдерживающим фактором для некоторых пользователей в автоспорте. Различные технологии, используемые при производстве и доставке водорода, являются энергоемкими и выделяют загрязняющие вещества (Felseghi et al., 2019). Производство энергетического топлива требует потребления и использования больших джоулей энергии. Технология, используемая для получения максимальной энергии, также считается дорогой.
Экономика
Чтобы выгодно конкурировать на рынке, необходимо значительно снизить стоимость топлива, не жертвуя при этом производительностью. По мнению по крайней мере одного производителя оригинального оборудования, стоимость серийных электромобилей на топливных элементах может быть сопоставима со стоимостью гибридных версий (Рубио и др., 2023). В отличие от батарей, которые в основном изготавливаются из сырья, самым дорогим элементом топливного элемента является сама сборка топливного элемента, а не ингредиенты, необходимые для его изготовления (Yin et al., 2023). Стоимость строительства и обслуживания водородных станций также должна быть снижена, чтобы рынок мог поддерживать водородную экономику.
Производство водородного топлива в настоящее время обходится дороже, чем производство бензина, что делает его менее рентабельным для потребителей. Внимание рынка к автоспорту не получило должного внимания, поскольку стоимость производства водорода по-прежнему высока (Bögel et al., 2018). Высокая стоимость делает его менее конкурентоспособным по сравнению с альтернативными видами топлива, такими как бензин. Водородное топливо дорогое, поскольку требует уникального оборудования и инфраструктуры, необходимой для безопасного управления топливом (Campíñez-Romero et al., 2018). Процессы производства и производства водородного топлива экономически не доступны компаниям, принимающим участие в производстве водорода. В этом случае наиболее распространенный метод производства водорода — электролиз — является дорогостоящим (Yin et al., 2023). Следовательно, высокая стоимость производства водорода стала более дорогой в производстве, чем производство бензиновой энергии.
Хотя водород потенциально может стать экологически чистым и эффективным источником топлива, альтернативным бензину, приобретение сырья для производства энергии обходится дорого. Приобретение ископаемых материалов для получения энергии обходится дорого и приводит к дополнительным затратам, поскольку загрязняет атмосферу (Felseghi et al., 2019). Однако по мере реализации технологий водородного топлива, развития инфраструктуры и эффекта масштаба стоимость производства и использования водорода, по прогнозам, снизится до доступного уровня (Felseghi et al., 2019). Такое снижение стоимости сделает водородное топливо более конкурентоспособным по сравнению с традиционными видами ископаемого топлива, такими как бензин.
Транспортировка водорода
Транспортировка водородного топлива является сложной задачей из-за проблем с безопасностью, которые сопровождают плохо организованные транспортные услуги. Транспортировка водорода в качестве источника топлива представляет следующие препятствия и проблемы. Водород легко воспламеняется и может привести к взрывоопасным пожарам, если его транспортировка не осуществляется в надлежащих и стандартных условиях (Ривард и др., 2019). Эта задача предполагает, что водородное топливо должно транспортироваться с использованием соответствующего оборудования для обработки и хранения. Однако соблюдение этих требований существенно способствует увеличению транспортных расходов. Еще одна проблема транспортировки водорода заключается в том, что этот газ относительно легкий. Перевозить большие объемы с первого взгляда сложно. Водород несжимаем, и транспортировка на большие расстояния становится невозможной из-за угрозы безопасности при его взрыве.
Транспортировка водорода также требует хорошо налаженной инфраструктуры. Однако в настоящее время для транспортировки водорода недостаточно инфраструктуры, такой как трубопроводы, железные дороги и автоцистерны, что затрудняет транспортировку топлива (Campíñez-Romero et al., 2018). Были изобретены другие способы и средства транспортировки водорода, пытаясь снизить высокую распространенность рисков, связанных с его транспортировкой. Например, трубопроводы — один из самых популярных способов транспортировки водорода на большие расстояния. Основная проблема трубопроводной транспортировки водорода заключается в том, что трубопроводы в настоящее время недоступны, а их производство относительно дорого. Помимо транспортировки водорода по трубам, также было доказано, что его можно перевозить на грузовиках, поездах или кораблях. Этим средствам нельзя доверять в полной мере, поскольку они несут в себе опасность утечки и возгорания, а также затраты на дополнительную изоляцию и оборудование для контроля давления (Yin et al., 2023). Риски утечек можно предотвратить за счет дополнительных затрат, связанных с транспортировкой водорода на борт кораблей, грузовиков и поездов, поскольку используются специальные контейнеры, способные выдерживать высокое давление.
В целом, минимизированные стандарты на устройства для транспортировки и раздачи водорода могут существенно усложнить и увеличить затраты на транспортировку. Более того, водород часто генерируется в одном месте и используется в другом, что приводит к необходимости транспортировки водорода, что может увеличить затраты на процесс (Tashie-Lewis & Nnabuife, 2021). Неэффективная инфраструктура и высокие затраты на безопасную транспортировку и хранение водорода являются серьезными препятствиями на пути широкого использования водорода в качестве источника топлива. Разрабатываются новые технологии, инфраструктура и правила, чтобы сделать транспортировку водорода более безопасной, эффективной и экономически выгодной.
Хранилище
Водородное топливо создает проблемы и препятствия при хранении, поскольку оно имеет низкое энергосодержание по объему по сравнению с бензином. Этот аспект затрудняет компактное хранение водорода, поскольку для этого требуются высокие давления, низкие температуры или химические процедуры (Tashie-Lewis & Nnabuife, 2021). Преодоление этого препятствия имеет решающее значение для легковых автомобилей, которые часто имеют ограниченный размер и вес для хранения топлива. Чтобы оправдать ожидания клиентов, емкость хранилища водорода в автомобилях малой грузоподъемности обычно должна обеспечивать запас хода более 300 миль (Ishaq et al., 2022). Кроме того, поскольку водород имеет меньшую объемную плотность энергии, чем бензин, хранение такого количества водорода на борту транспортного средства требует наличия бака большего размера с более высоким давлением, чем у другого газообразного топлива (Ishaq et al., 2022). В грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности больше места для баков большего размера, но они могут столкнуться с ограничениями по весу, которые уменьшают общую потенциальную нагрузку, чтобы соответствовать правилам перевозки.
С другой стороны, хранение в резервуарах для жидкости требует низких температур и суперизоляции. Это требование к хранению становится проблемой, поскольку оно дорогое из-за высокой стоимости (Обенаус-Эмлер и др., 2021). В некоторых случаях водород теряется в результате испарения. Энергоёмкость жидкого водорода и запасённая в этих баках энергия меньше, чем у бензина. Следовательно, подача водорода может стать неэффективной в автоспорте из-за ограниченного хранения и утечки в результате испарения (Обенаус-Эмлер и др., 2021). Металлогидридные хранилища водорода обычно тяжелые и со временем подвержены деградации. Кроме того, их нелегко приобрести из-за высокой стоимости заполнения контура охлаждения.
Газообразный водород легкий и состоит из небольших молекул, что приводит к его легкой утечке из хранилищ. Следовательно, проблема утечки приводит к проблемам с безопасностью, поскольку газообразный водород имеет высокую склонность к огню и легко взрывается, когда газ вступает в тесный контакт с очагом возгорания (Rath et al., 2019). По этой причине хранение водорода требует принятия интенсивных мер безопасности во избежание несчастных случаев. Недостаточно инфраструктуры, которая могла бы гарантировать эффективное хранение газообразного водорода (Campíñez-Romero et al., 2018). Поскольку водород необходимо хранить в специально спроектированных хранилищах, отсутствие максимально защищенной инфраструктуры создает угрозу безопасности. Эти барьеры представляют собой препятствие, которое препятствует успешному использованию водородного топлива в качестве замены бензина.
Представлены текущие исследования и прототипы
Исследования различных ученых доказали, что водород может заменить бензин в автоспорте с большим преимуществом, чем бензин. Однако существует необходимость решения существующих проблем и препятствий, которые могут помешать эффективному и действенному использованию водородной энергетики в качестве альтернативы бензину (Rath et al., 2019). Поэтому проводятся постоянные исследования и разработки стратегий преодоления ограничений и проблем, связанных с использованием водорода в качестве заменителя бензина. Производители, ученые и инженеры-исследователи в настоящее время создают более инновационные способы, с помощью которых водород сможет полностью заменить бензин.
Среди текущих исследований, направленных на решение барьеров и проблем, связанных с хранением водородной энергии, является разработка дешевых материалов для хранения энергии, которые жизнеспособны для большей части рыночных перспектив. Исследователи создают новые материалы и способы хранения водорода, которые более эффективны, безопасны и менее дороги (Tashie-Lewis & Nnabuife, 2021). Ученые стремятся создать материалы для хранения водорода, такие как металлоорганические каркасы, которые могут хранить водород при высокой плотности и низком давлении, что делает его более безопасным и удобным для транспортировки (Rath et al., 2019). Этот подход направлен на устранение возможных опасностей и опасностей, возникающих в результате неправильного обращения с газообразным водородом.
Производители заинтересованы в создании надежной сети услуг, поскольку мир движется к устойчивой энергетике в различных отраслях, таких как автоспорт. Недавние отчеты показывают, что проводятся исследования, чтобы выяснить возможность использования возобновляемых методов производства водорода и означают, что они не будут загрязнять экосистему (Qazi et al., 2019). Чаще всего производство водорода требует выделения большого количества источников энергии, которые обычно получают путем сжигания ископаемого топлива (Ishaq et al., 2022). Таким образом, сам процесс производства водорода представляет угрозу загрязнения окружающей среды. В результате исследователи работают над разработкой методов производства водорода с использованием возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия (Madsen et al., 2020). Этот подход потенциально может минимизировать выбросы углекислого газа и стоимость производства водорода.
Индустрия автоспорта требует транспортных средств с большим запасом хода и менее дорогостоящих в производстве. Таким образом, организации, управляющие автоспортом, сосредоточены на экономии затрат и повышении мощности транспортных средств на последних соревнованиях, таких как Формула 1 (Ju et al., 2021). Чтобы устранить этот барьер, производители автомобилей создают автомобили на водородных топливных элементах, которые более эффективны, имеют больший запас хода и дешевле в производстве. Как только эта проблема будет решена, водородные автомобили смогут полностью заменить бензиновые автомобили в автогонках по всему миру. Эти производители исследований также стремятся привлечь больше клиентов и деловых партнеров, которые хотят инвестировать свои акции в организации, которые ценят устойчивость окружающей среды.
Производители также сосредоточили внимание на совершенствовании инфраструктуры, которая будет более безопасной и эффективной для поставок, хранения и сохранности водорода. Таким образом, текущие исследования направлены на развитие инфраструктуры транспортировки водорода (Campíñez-Romero et al., 2018). В этом случае компании изучают и разрабатывают новые методы более эффективной и безопасной транспортировки водорода, такие как водородные трубопроводы и специализированные водородные танкеры. В прошлом водородная транспортная инфраструктура была малой и слаборазвитой, тогда как во всем мире среди надежных транспортных средств доминировал бензин (Campíñez-Romero et al., 2018). Есть несколько случаев и случаев, когда сообщалось о взрыве водорода из-за плохих условий и средств транспортировки. Текущие исследования прояснят проблемы транспортировки за счет расширения таких каналов, как трубопроводы и резервуары, для удовлетворения потребностей в поставках в различных частях мира.
Компании-производители водорода также работают над предлагаемыми легкими контейнерами для хранения водорода под высоким давлением, которые можно будет эффективно устанавливать в автоспортивных и других автомобилях, используемых для различных целей. Этот прототип представлен для того, чтобы дать долгосрочное решение вопроса о том, необходимо ли производить большие резервуары для хранения в транспортных средствах с водородным двигателем (Rath et al., 2019). Резервуары для хранения водорода обычно большие и тяжелые, если они предназначены для использования в качестве топлива в транспортных средствах. Поэтому большой размер и вес могут превышать рекомендуемый вес любого конкретного транспортного средства. Кроме того, гоночные автомобили спроектированы так, чтобы развивать достаточно высокую скорость, что возбуждает участников и экономит время, затрачиваемое на гонку. Следовательно, тяжелый вес может привести к потере времени и перевесить рекомендуемый вес автомобилей, рассчитанных на участие в соревнованиях по автоспорту. Эти исследования и разработки будут эффективными в обеспечении того, чтобы автоспорт пользовался стандартами ожидаемых и в то же время мощных двигателей на всех соревнованиях.
Другая текущая и предлагаемая модификация и разработка — это производство водорода электролизом. Исследователи пытаются создать более эффективные и экономически выгодные методы производства водорода с помощью электролиза (Ju et al., 2021). Электролиз — наиболее распространенный метод, который компании используют для производства водорода. Этот метод будет иметь важное значение, поскольку он действительно выделяет парниковый газ, опасный для окружающей среды (Ju et al., 2021). Кроме того, возросший спрос на энергию во всем мире побудил компании, производящие водород, совершенствовать топливные элементы. Исследователи работают над созданием более эффективных и доступных топливных элементов, которые помогут снизить стоимость водородных автомобилей (Ju et al., 2021). Таким образом, автоспортивные компании и организации не будут оттеснены неэкономичными затратами на приобретение автомобилей с водородным двигателем.
Другие исследования, посвященные производству водорода, продвинулись в определении методов и способов получения водорода из природного газа. Этот стимул в первую очередь направлен на снижение выбросов углекислого газа в процессе производства водорода (Qazi et al., 2019). В целом создание и развитие водородной технологии как топлива, альтернативного бензину, все еще находится на начальной стадии. Следовательно, компаниям и заинтересованным сторонам необходимо проводить больше исследований, чтобы преодолеть барьеры и ограничения, возникающие при использовании водорода в качестве альтернативы бензину.
Будущие разработки и что для этого потребуется
Будущее водородного топлива многообещающе благодаря увеличению инвестиций в водородный бизнес. Производство водорода выросло на фоне кампаний, которые продолжают подталкивать мир к устойчивым практикам, которые делают жизнь более безопасной и надежной для будущих поколений (Qazi et al., 2019). Кроме того, конкурентный характер энергетического рынка и мира технологий побудил многие компании и инвесторов заняться производством водородных топливных элементов в качестве альтернативы топливу. Индустрия автоспорта решила рассмотреть возможность использования гоночных автомобилей с водородным двигателем, чтобы снизить уровень загрязнения, связанного с ископаемым топливом, таким как бензин. Ископаемое топливо привело к выбросам большого количества парниковых газов (Madsen et al., 2020). Таким образом, достигнуты успехи в производстве и развитии инфраструктуры, которые сделают использование спортивных автомобилей с водородным двигателем эффективным и действенным в будущем. Однако, несмотря на то, что водород продемонстрировал потенциал замены бензина в автоспорте, заинтересованным сторонам придется решать различные проблемы, чтобы обеспечить удовлетворенность потребителей и эффективность рынка.
Для внедрения водорода в автоспорте потребуются различные жизненно важные шаги. Среди шагов, которые необходимо предпринять, — развитие инфраструктуры хранения и заправки водорода (Ishaq et al., 2022). Командам и организациям автоспорта необходимо будет найти эффективные и надежные способы транспортировки и хранения водородного топлива. Таким образом, это условие потребует разработки компактных и легких систем хранения водорода и расширения центров заправки водородом, чтобы избежать неудобств во время соревнований. Еще один шаг, который необходимо изучить, — это модернизация долговечных и мощных водородных топливных систем. Таким образом, технология топливных элементов должна будет доказать уровень своей эффективности, который продемонстрирует развитие, которое превосходит и соответствует производительности двигателя внутреннего сгорания. Этот аспект соответствия ожиданиям в отношении производительности подразумевает, что будет проводиться больше исследований и разработок в важных областях топливных элементов, таких как выходная мощность и долговечность батареи (Ishaq et al., 2022). Следовательно, командам автоспорта потребуется проводить больше исследований в области разработки систем водородных топливных элементов, общей конструкции транспортных средств и систем хранения водорода.
Существуют сопутствующие стандарты регулирования автоспортивных организаций, которые будут использоваться для оценки жизнеспособности водородных транспортных средств при участии в соревнованиях. Эти стандарты будут включать руководящие принципы и правила, регулирующие безопасность, конструкцию и производительность транспортного средства (Tashie-Lewis & Nnabuife, 2021). По этой причине необходимо будет заключить соглашения между производителями водородных двигателей, такими как ICE и FCEV, для использования водородных автомобилей в соревнованиях по автоспорту (Tashie-Lewis & Nnabuife, 2021). Нынешняя глобальная жажда энергетических решений является ярким показателем жесткой конкуренции, которая начала существовать в автоспорте. Следовательно, потребуются жизненно важные разработки и достижения в технологической инфраструктуре, чтобы доказать, что водород является жизнеспособной заменой и альтернативой бензину. Однако активно развивающиеся исследования в энергетическом секторе продолжают показывать, что водород может стать альтернативным и конкурентоспособным источником энергии и топлива в будущем.
Есть и другие прорывы, которые организациям автоспорта придется наблюдать, чтобы водород стал подходящей заменой бензину. Транспортные средства с водородным двигателем не получили широкого внимания на рынке, и, следовательно, стоимость их приобретения будет высокой (Tashie-Lewis & Nnabuife, 2021). Таким образом, производителям придется разрабатывать экономически эффективные и эффективные технологии производства, чтобы обеспечить на рынке баланс между всеми заинтересованными сторонами. Решение вопроса стоимости будет более выгодным для водорода, поскольку оно позволит получить благоприятное конкурентное рыночное преимущество перед традиционным ископаемым топливом (Tashie-Lewis & Nnabuife, 2021). Однако эту веху можно преодолеть, содействуя исследованиям и инновациям новых технологий и методологий, которые можно использовать для производства водорода.
Существующую и текущую проблему неэффективной водородной инфраструктуры, такой как точки заправки, также необходимо решить в будущем, чтобы избежать неудобств во время автоспортивных гонок. Складские помещения, транспортные средства и механизмы потребуют значительного расширения, чтобы соответствовать необходимым стандартам поставок по всему миру (Campíñez-Romero et al., 2018). Более того, государственное вмешательство и регулирование будут служить жизненно важной цели в развитии водородного сектора в автоспорте. Правительства должны будут поддерживать и финансировать стимулы к исследованиям, необходимые для развития водородной инфраструктуры и транспортных средств, а также стандартных объемов производства, транспортировки и хранения водорода (Tashie-Lewis & Nnabuife, 2021). Эти правила будут представлять собой процесс стандартизации мер безопасности в автоспорте. По этой причине, чтобы участвующие организации могли гарантировать соблюдение стандартов безопасности, индустрия автоспорта должна будет установить руководящие принципы и стандарты безопасности для хранения водорода, дозирующего оборудования и транспортировки.
Заключение
Водород потенциально может стать чистой и эффективной заменой бензина, поскольку использование водородного топлива имеет больше преимуществ, чем связанных с этим недостатков. Однако прежде чем технология сможет получить широкое распространение, необходимо устранить значительные препятствия и проблемы. Среди них затраты на производство, хранение и транспортировку водорода, а также ограниченная инфраструктура для использования водорода в качестве источника топлива. Однако исследования и разработки в этих областях продолжаются, разрабатываются новые технологии и методы для повышения эффективности и рентабельности производства, хранения и транспортировки водорода. Правительственные законы и постановления, а также увеличение инвестиций в водородный бизнес сыграют важную роль в развитии водородной отрасли. Хотя водородная промышленность все еще находится на начальной стадии развития, несмотря на постоянные усилия по устранению этих ограничений и проблем, водород может стать жизнеспособной альтернативой бензину в будущем.
Ссылки
Ахмади, П. (2019). Воздействие на окружающую среду и поведенческие факторы глубокой декарбонизации транспорта на электромобилях. Журнал чистого производства, 2251209-1219. Веб.
Бингхэм Т., Мур М., Де Ко Т. и Пачино М. (2022). Проектируйте, собирайте, тестируйте и летайте на самом быстром в мире электрическом самолете. ИЭПП «Электрические системы на транспорте», 4(29), 223-402. Веб.
Бёгель П., Олтра К., Сала Р., Лорес М., Апхам П., Дютшке Э., Ута Б. и Виманн П. (2018). Роль отношений в управлении принятием технологий: размышления о случае водородных топливных элементов в Европе. Журнал чистого производства, 188125-135. Веб.
Кампинес-Ромеро С., Кольменар-Сантос А., Перес-Молина К. и Мур-Перес Ф. (2018). Развертывание инфраструктуры водородных заправочных станций в городах поддерживается внедрением такси на топливных элементах. Энергия, 1481018-1031. Веб.
Файзал М., Фэн С.Ю., Зурил М.Ф., Синидол Б.Е., Вонг Д. и Цзянь Г.К. (2019). Обзор проблем и возможностей электромобилей (EVS). Дж. Мех. англ. Рез. Дев, 42(4), 130-137. Веб.
Фельсеги Р.А., Каркадеа Э., Рабоака М.С., Труфин К.Н. и Филоте К. (2019). Технология водородных топливных элементов для устойчивого будущего стационарных применений. Энергии, 12(23), 4593. Интернет.
Хакинг Н., Пирсон П. и Имс М. (2019). Картирование инноваций и распространение технологий водородных топливных элементов: данные британской системы технологических инноваций в области водородных топливных элементов, 1954–2012 гг. Международный журнал водородной энергетики, 44(57), 29805-29848. Веб.
Хиенуки С., Хираяма Ю., Шибутани Т., Сакамото Дж., Накаяма Дж. и Мияке А. (2019). Как знания или опыт работы с водородными заправочными станциями улучшают их общественное признание. Устойчивое развитие, 11(22), 6339. Интернет.
Исхак Х., Динсер И. и Кроуфорд К. (2022). Обзор производства и использования водорода: проблемы и возможности. Международный журнал водородной энергетики, 47(62), 26238-26264. Веб.
Джу, Н., Ли, К.Х. и Ким, С.Х. (2021). Факторы, влияющие на осведомленность потребителей и покупку экологически чистых автомобилей: текстовый анализ корейского рынка. Устойчивое развитие, 13(10), 5566. Интернет.
Ко С. и Шин Дж. (2023). Прогноз спроса на электромобили на топливных элементах, отражающий эффекты обратной связи между рыночными условиями и долей рынка, на которую влияют пространственные факторы. Энергетическая политика, 173Интернет.
Луо Ю., Ву Ю., Ли Б., Цюй Дж., Фэн С.П. и Чу П.К. (2021). Оптимизация и передовой дизайн гибридных электромобилей на топливных элементах. Международный журнал энергетических исследований, 45(13), 18392-18423. Веб.
Мэдсен, РТ, Клебанофф, Л.Е., Коглан, СЭМ, Пратт, Дж.В., Лич, Т.С., Аппелгейт-младший, ТБ, Келети, С.З., Винтерволл, ХК, Хаугом, ГП, Тео, АТИ и Гош, С. (2020). Осуществимость Zero-V: прибрежное исследовательское судно на водородных топливных элементах с нулевым уровнем выбросов. Международный журнал водородной энергетики, 45(46), 25328-25343. Веб.
Обенаус-Эмлер Р., Ленер М., Мерфи М. и Пахер К. (2021). Образовательная концепция для повышения осведомленности граждан о технологических достижениях для устойчивого общества — представление концепции интерактивного общественного обучения по водороду и углероду. Ежемесячные журналы BHM для горнодобывающей и металлургической промышленности, 166(6), 314–322. Веб.
Палмер, К. (2022). Поезда, работающие на водороде, начинают катиться. Инженерное дело, 119-11. Веб.
Кази А., Хусейн Ф., Рахим Н.А., Хардакер Г., Альгаззави Д., Шабан К. и Харуна К. (2019). На пути к устойчивой энергетике: систематический обзор возобновляемых источников энергии, технологий и общественного мнения. IEEE-доступ, 763837-63851. Веб.
Рат Р., Кумар П., Моханти С. и Наяк С.К. (2019). Последние достижения, нерешенные недостатки и будущие перспективы использования водородных топливных элементов в транспортном и портативном секторах. Международный журнал энергетических исследований, 43(15), 8931-8955. Веб.
Ривард Э., Трюдо М. и Загиб К. (2019). Хранение водорода для мобильности: обзор. Материалы, 12(12), 1973. Интернет.
Рубио Ф., Ллопис-Альберт К. и Беса А.Дж. (2023). Оптимальное распределение источников энергии при производстве водорода для устойчивого использования электромобилей. Технологическое прогнозирование и социальные изменения, 188122290. Интернет.
Сунь З., Хун Дж., Чжан Т., Сунь Б., Ян Б., Лу Л., Ли Л. и Ву К. (2022). Стратегии эксплуатации водородных двигателей: последние достижения, проблемы индустриализации и перспективы. Международный журнал водородной энергетики, 48 (1)366-392. Веб.
Таши-Льюис, Британская Колумбия, и Ннабуйф, Южная Каролина (2021 г.). Производство, распределение, хранение и преобразование энергии водорода в водородной экономике – обзор технологий. Достижения журнала химической инженерии, 8100172. Интернет.
Томас, Дж. М., Эдвардс, П. П., Добсон, П. Дж., и Оуэн, терапевт (2020). Декарбонизация энергетики: развивающаяся международная деятельность в области водородных технологий и топливных элементов. Журнал энергетической химии, 51405-415. Веб.
Ву Д., Рен Дж., Дэвис Х., Шан Дж. и Хаас О. (2019). Интеллектуальный расширитель запаса хода на водородных топливных элементах для аккумуляторных электромобилей. Всемирный журнал электромобилей, 10(2), 29. Паутина.
Инь Ю., Лю С., Ян Ю., Гун Д., Лю М., Лю Г., Ву П., Сюй Ц., Юй К. и Цзэн Г. (2023). Сшитые мембраны на основе полиэтиленимин-поливинилхлорида для использования в электролизе воды ПЭМ, работающем при температуре выше 100°С. Международный журнал водородной энергетики, 48(1), 24–34. Веб.