Система возобновляемых источников энергии на основе процесса рециркуляции
Прошло почти пятьдесят лет с тех пор, как люди впервые высадились на Луне, и это событие взволновало весь мир. В 2024 году люди снова попытаются повторить полет. На этот раз планируется построить базу для длительной и непрерывной человеческой деятельности на планете. Honda занимается технологической разработкой ключевой системы, отвечающей за поставку пригодного для дыхания кислорода, водорода для топлива и электроэнергии для целого ряда применений. Honda работает над реализацией мечты об адаптации биосферы естественного спутника Земли: Луна должна стать пригодна для людей, используя лишь доступные ресурсы солнечного света и воды.
Создание пригодной для долгосрочного проживания и активной деятельности инфраструктуры в космическом пространстве
Когда люди впервые высадились на Луну в 1969 году, астронавты пробыли там меньше суток. Соединенные Штаты хотят снова высадиться на Луну к 2024 году, и для этого они учредили программу Артемида (Artemis), цель которой - вернуть людей на Луну, а также построить базу на поверхности спутника.
Для того, чтобы оставаться на поверхности Луны в течение длительного периода времени, человечество должно создать необходимую для этого инфраструктуру. Honda проводит совместные исследования с Японским Агентством Аэрокосмических Исследований (JAXA), международным партнером-участником программы Артемида (Artemis). Направлением совместных исследований является создание системы возобновляемых источников энергии на основе процесса рециркуляции, которая смогла бы использовать солнечный свет и воду, которые, как ожидается, будут доступны на поверхности Луны для производства кислорода для дыхания и его последующей рециркуляции, а также для создания электрической и водородной энергии.
Система возобновляемых источников энергии на основе процесса рециркуляции включает в себя систему электролиза воды с высоким перепадом давления. За счет давления и под воздействием электричества вода расщепляется на водород и кислород. Часть кислорода может быть использована для дыхания людей, в то время как остальная часть может храниться в топливных ячейках для последующей выработки электроэнергии. Из топливных ячеек вода возвращается в систему электролиза воды с высоким перепадом давления, завершая энергетически замкнутый цикл.
Система возобновляемых источников энергии на основе процессов рециркуляции, над которой работает Honda, является частью инфраструктуры, которая позволит человечеству выжить на поверхности Луны, где большинство обычных ресурсов, кроме солнечного света и воды, будут недоступны.
Циркуляция воды в различных формах может производить как водород и энергию электричества, так и кислород для дыхания людей. Процесс циркуляция происходит с постоянной эффективностью.
Как достичь технологии высшего уровня электролиза воды с высоким уровнем дифференциации давления
Водород может быть получен из различных типов ресурсов. Он привлекает внимание как источник энергии нового поколения, который не выделяет углекислый газ. Honda использует этот источник энергии в своей разработке под названием Power Creator (Создатель энергии). В свою очередь эта разработка позволяет электризовать воду для получения водорода, адаптированного для использования в топливных элементах транспортных средств и для водородных станций, которые снабжают водородом домашние хозяйства. Honda разработала систему электролиза воды с высоким перепадом давления, которая является основной технологией для Power Creator.
Молекула водорода состоит из двух атомов водорода. Газообразный водород имеет настолько низкую плотность, что он быстро улетучивается даже при хранении при низком давлении. Чтобы сохранить достаточное количество водорода для применения, необходимо хранить большое количество молекул водорода под высоким давлении в резервуаре. В то время как для осуществления этой задачи обычно используются механические компрессоры, Honda самостоятельно разработала конструкцию дифференцирования давления, способную накапливать водород под высоким давлением без использования компрессора. Этот процесс электролиза воды с высоким перепадом давления позволил достичь одного из самых больших значений перепадов давления в мире.
Блок электролиза воды с высоким перепадом давления слева производит водород и кислород из воды, а блок топливных элементов справа вырабатывает электричество из водорода и кислорода, разряжая при этом воду. Оба этих процесса являются частью основных технологий Honda, разработанных для устойчивого развития общества.
Как технологии Honda помогают в космосе
Система электролиза воды с высоким перепадом давления была высоко оценена сообществом внутри и за рамками компании Honda, как крайне значимая технология. Когда команда разработчиков искала новые решения, они предполагали, что эта технология может стать крайне полезной в космосе или на Луне. В то время исследователи Honda посетили JAXA, чтобы объяснить технологию.
Стоимость транспортировки объекта в космос, как правило, составляет 100 миллионов йен за килограмм. Поэтому оборудование, предназначенное для использования в открытом космосе, должно быть легким и компактным.
На JAXA произвела впечатление система электролиза воды Honda с высоким перепадом давления, позволяющая хранить водород при давлении до 70 МПа, что примерно в 700 раз превышает атмосферное давление на Земле. Их также впечатлили ее легкий вес и компактные размеры, а также низкая частота необходимого технического обслуживания, поскольку в системе отсутствует механический компрессор. Это и послужило поводом к новейшим разработкам компании Honda.
Высота всей системы электролиза воды с высоким перепадом давления составляет всего 980 мм. Сама же установка для электролиза воды представляет собой компактную конструкцию высотой 420 мм и шириной 210 мм.
Создание высокого давления без использования компрессора
Принцип, лежащий в основе электролиза воды с высоким перепадом давления, хорошо известен. Ионы водорода, образующиеся при электролизе, концентрируются при высоких давлениях через электролитическую мембрану. Эта мембрана проницаема для ионов, позволяя ионам водорода (H+), образующимся при электролизе воды, проходить электролитическую мембрану насквозь, где пары атомов водорода соединяются, образуя молекулы водорода (H2). Молекулы водорода продолжают накапливаться, поскольку не могут пройти обратно через мембрану, а давление при этом возрастает.
Толщина электролитической мембраны составляет всего примерно 0,1 мм. Давление в 70 МПа, превышающее земное атмосферное давление примерно в 700 раз, настолько высоко, что оно оказывает усилие в 700 кг на квадратный сантиметр, что приводит к разрыву мембраны. Компания Honda разработала опорную конструкцию, которая выравнивает усилие, прикладываемое к электролитической мембране, а также пористый материал, способный выдерживать такое высокое давление. Это позволило поддерживать такое высокое давление без потери целостности мембраны. Используя разработанные Honda модели для проведения симуляционных испытаний, материалы неоднократно создавались и тестировались, в результате чего был создан подходящий для проекта материал.
Honda занималась разработкой и созданием электролитической мембраны в исследовательских помещениях Honda R&D Co., Ltd. Исследовательский процесс, включающий изготовление реальных материалов и веществ непосредственно на месте проведения исследований, а также применение метода проб и ошибок, в результате привели к созданию уникальной технологии.
Как технологии, разработанные в космосе, могут быть применены на Земле
Окружающая среда на Луне крайне суровая. Температура значительно колеблется между 110 °C днем и -170 °C ночью. Сила тяжести составляет лишь одну шестую часть от земной. Без воздуха поверхность Луны подвергается воздействию огромного количества радиации. Экстремальные условия развития в космосе означают, что люди должны решать сложные задачи, которые ставятся перед технологиями, помимо суровых факторов окружающей среды. Важно также повышать топливную экономичность и эффективность в целом и на Земле. Однако на Луне малейшее снижение эффективности может напрямую привести к увеличению количества солнечных панелей и других материалов, которые необходимо будет транспортировать с Земли, что будет означать увеличение затрат на 100 миллионов йен за килограмм. Поэтому Honda должна работать над максимальной эффективностью, минимальным весом и наименьшими возможными размерами.
Honda будет делать это в надежде, что передовые технологии, полученные в результате стремления к эффективности для удовлетворения сложных требований, будут активно использоваться на Земле. Технологии, необходимые на Луне и в других космических сферах, где необходима экстремальная устойчивость, станут неотъемлемой частью устойчивости и на Земле. Honda убеждена, что жизненно важно развивать циркулирующие системы возобновляемой энергии, поскольку они являются технологией, которая приведет к к углеродной независимости и нейтралитету. В основные компоненты системы электролиза воды с высоким перепадом давления входит также и блок электролиза воды с высоким перепадом давления. Система очень проста и компактна.
Воплощение в жизнь мечты об отправке продукции Honda на Луну
Компания Honda предлагает множество различных продуктов и технологий для использования на суше, на море и в воздухе. Теперь компания Honda выбрала космос в качестве следующей области для собственного развития, полагая, что космос — это область для новых мечтаний и начинаний, где ее основные технологии смогут быть использованы для улучшения жизни людей.
Honda всегда принимала новые вызовы, включая участие в гонке Isle of Man TT, в гонках Формулы-1, экологически чистый двигатель Compound Vortex Controlled Combustion (CVCC) и бизнес-джет HondaJet. Усилия компании Honda по разработке рециркуляционной системы возобновляемых источников энергии станут частью истории ее начинаний. Компания Honda будет стремиться отправлять продукты с логотипом Honda на Луну, а также и помогать реализовать мечту об адаптации биосферы естественного спутника Земли к условиям, пригодным для жизни людей.
