Поиск источников экологически чистого топлива чрезвычайно актуален на фоне катастрофического загрязнения окружающей среды выхлопами двигателей внутреннего сгорания. Водяной двигатель — это одна из альтернатив “грязным” моторам и общее название для устройств, которые используют воду как рабочее тело или часть топлива для получения энергии. Важно отметить, что вода сама по себе не является топливом, так как для её расщепления нужно затратить больше энергии, чем она даст при сгорании.
В статье расскажем о возможности реального использования водного топлива и развеем мифы об автомобилях, в двигатели которых воду можно заливать из чайника.
Немного истории
В истории и в современной инженерии термин “гидродвигатель” может обозначать разные вещи в зависимости от контекста. Давайте разберем подробнее.
- Исторические гидродвигатели.
Это механизмы, использующие силу потока воды для создания энергии, вращающей колёса, мельницы, приводящей в движение насосы, прессы и другие устройства. Первые известные водяные колёса использовались еще в Древней Греции и Риме (III–I век до н.э.).
- Современные двигатели, использующие воду как топливо.
Иногда под этим термином понимают двигатели внутреннего сгорания, которые работают с добавлением воды, водяного пара или водорода, полученного из воды. Это не «двигатели на воде», а скорее двигатели с водяными технологиями:
- Водородный двигатель — использует водород, который получают электролизом из воды.
- HHO-генераторы (ННО – гремучий газ, он же газ Брауна или гидрокси газ) — установки, которые расщепляют воду и подают водородно-кислородную смесь в двигатель (спорная технология, эффективность не доказана).
Реален ли вечный двигатель на воде?
Некоторые исследователи, желающие прославить свое имя в веках, выдвигали идею водяного вечного двигателя — гипотетического устройства, использующего воду в качестве топлива и работающего бесконечно долго без внешнего источника энергии. Однако факт существования данного “перпетуум мобиле” противоречит законам физики, в частности, первому и второму законам термодинамики. Согласно этим законам энергия не возникает ниоткуда, а создать устройство со 100% КПД без потерь на тепло и трение невозможно в обычных земных условиях. То есть водяной вечный двигатель — это иллюзия.
Поклонники идеи использования воды как топлива, должны понимать, что вода — это стабильное вещество. Источником энергии она может стать только если её разложить на водород и кислород (электролиз), а это требует вложения большого количества энергии.
Апологеты воды как топлива любят приводить в пример Станли Мейера (США), который в 1990-х годах заявил, что изобрёл машину, работающую исключительно на Н2О. Но его разработки не прошли проверку учёными и специалистами-практиками, из-за чего не были признаны научным сообществом. Большинство подобных заявлений относятся к области псевдонауки или мошенничества.
Что предлагает Тойота?
Концерн разрабатывает водородные автомобили, но это не то же самое, что двигатель, работающий на воде. Тойота с водяным двигателем, например, Toyota Mirai — это серийный автомобиль, который работает на водороде, полученном из воды на специальных установках. Внутри такой машины — топливные элементы (fuel cells), которые вырабатывают электричество из водорода.
Огромный плюс такого автомобиля в том, что его единственный “выброс” во внешнюю среду — это чистая вода. Но! Сама вода в бак не заливается. Водород получают заранее, и это сложный, энергоемкий процесс.
Водородные топливные элементы — это устройства, которые преобразуют химическую энергию водорода в электрическую энергию. Они питают электродвигатель автомобиля. Принцип работы Toyota с водяным двигателем такой:
- В бак заливается водород (H₂) — это газ под высоким давлением.
- Водород поступает в топливный элемент, где происходит реакция с кислородом из воздуха (O₂).
- Происходит электрохимическая реакция (аналогичная процессам в батарейках, но с постоянной подачей топлива).
- На аноде водород расщепляется на протоны (H⁺) и электроны (e⁻).
- Электроны идут по внешней цепи — это и есть электричество, которое питает мотор.
- Протоны проходят через мембрану и соединяются с кислородом — получается вода (H₂O).
- В результате: электричество + вода (выхлоп — только пар).
Где заправить машину с водородным двигателем?
В настоящее время Toyota Mirai активно используется в странах с развитой инфраструктурой водородных заправок. Япония — лидер, в стране более 150 заправок, машины активно используются в такси и различных службах. В Германии около 100 водородных заправок, расположены они вдоль автобанов и в городах. В США более 60 заправочных станций, водородные автомобили начинают там применяться массово.
В России водородных заправок почти нет. В 2023–2024 годах в Москве, Татарстане и на Сахалине начали строить первые станции. Проектами занимается, например, КамАЗ и Росатом, разрабатываются экспериментальные российские модели пассажирских водоробусов и грузовиков.
Какой двигатель лучше?
Возникают и вопросы о сравнении электромобилей и водородных автомобилей. Двигатели машин этих типов работают тихо и плавно, экологичны, но есть и разница, во многом существенная.
| Параметр | Водородный авто (FCEV) | Электромобиль (BEV) |
| Источник энергии | Водород (газ под давлением) | Электричество из батареи |
| Принцип работы | Электрохимическая реакция водорода и кислорода → электричество | Электричество из батареи питает двигатель |
| Запас хода | 500-700 км | 300-600 км (зависит от модели) |
| Время заправки | 5-7 минут | От 30 минут до 12 часов |
| Инфраструктура | Очень ограничена | Сеть зарядных станций развита и растёт |
| Производство топлива | Дорогой “зеленый” водород или из газа | Электричество (может быть от возобновляемых источников) |
| Стоимость авто | Высокая (например, Toyota Mirai ≈ $50,000+) | Есть широкий диапазон — от бюджетных до премиум |
| Стоимость обслуживания | Ниже, чем у ДВС, но дороже, чем у BEV | Минимальная из всех типов авто |
| Температурная устойчивость | Хорошо работает при низких температурах | При сильном холоде может падать эффективность батареи |
| Техническая сложность | Более сложная система (топливные элементы, компрессоры, баки) | Простой электродвигатель и батарея |
Анализируя сравнительные характеристики, несложно сделать вывод:
- Электромобили (BEV) — выгоднее и удобнее для городов и стран с развитой сетью заправочных станций.
- Водородные авто (FCEV) — интересны для коммерческого транспорта, дальнобоя, автобусов и регионов с холодным климатом.
Моторы вышеописанных авто не зависят от нефти и не засоряют окружающую среду, как их дизельные и бензиновые собратья.
Надеемся, что в недалёком будущем разовьется сеть водородных заправок России, и по просторам нашей страны начнут ездить автомобили, двигатели которых не будут дымить и глохнуть даже при самых низких отрицательных температурах.
