Лос автомобили с водород Те са изместени на второ място с изпъкването на хибридни, газови и електрически автомобили. Водородът обаче може да бъде горивото на бъдещето с предимства, далеч по-добри от електрическите превозни средства по отношение на опазването на околната среда. И това е, че електрическите автомобили нямат емисии, но батериите им представляват сериозно екологично предизвикателство поради производството на литий и неговото рециклиране и управление на отпадъците. Водородът обаче е гъската, която снася златните яйца, всички са предимства...
Какво е водород?
El водород Това е химичен елемент от периодичната таблица, който се характеризира с това, че е най-простият от всички, с атомен номер 1. Той е много лек газ, може да се съхранява и не генерира замърсяващи емисии сам по себе си. С тези характеристики той е перфектен кандидат за използване като гориво. В допълнение, той е много изобилен на земята и може лесно да бъде произведен чрез химически процеси. Възобновяемата енергия дори може да се използва за производството на този вид газ. Следователно може да бъде и начин за получаване на възобновяема енергия.
видове водород
Има цветова номенклатура, която класифицира водорода според начина, по който е получен. Важно е да знаете, съществуващи видове водород, като:
- Сив водород: Този вид водород се получава чрез реформиране на изкопаеми горива, като природен газ. Това е най-евтиният водород за производство в момента, но CO2 се отделя в атмосферата по време на производството, така че не е чист начин за получаването му. Той е най-евтиният и най-произвежданият днес.
- син водород: Това е друг вид водород, получен от изкопаеми горива, но този път с техники, които са в състояние да уловят и съхраняват емисиите на CO2, които се произвеждат по време на процеса, така че да не се изпускат в атмосферата, така че има по-малко въздействие върху околната среда от сиво. Разбира се, емисиите при производството му не се елиминират напълно, но се намаляват. Производствената цена на този вид водород е междинна.
- Зелен водород: Той е най-добрият от тримата и ще се говори много за него. Този възобновяем водород се получава чрез електролиза на вода, така че по време на процеса не се генерира замърсяване. Освен това захранването на системите за електролиза се извършва с възобновяема енергия като вятърна или слънчева енергия, така че това е устойчиво и напълно чисто гориво. В момента обаче се произвежда в по-малки количества от предишните два и е най-скъпият.
Предизвикателството е да се заменят всички останали водороди със зелен водород и то по този начин вземете правилното гориво.
Как се получава водород?
Водородът, както видяхме в предишния раздел, може да бъде произведен по различни начини. Но независимо от енергията, включена в производствения процес, нека сега да разгледаме начини, по които може да се получи този газ толкова изобилен:
- молекулярна трансформация: Тази техника се постига чрез поредица от химични реакции за получаване на водород. Сред най-широко използваните техники е използването на природен газ, получен от нефтени находища. Парата с висока температура се използва за отделяне на въглерода от водорода, от който е направен природният газ. Така се получава дихидроген от една страна и въглероден диоксид от друга.
- Газификация: е метод, който постига газификация с водна пара и чист кислород от въглища или биомаса. В реактора въглищата или биомасата се изгарят при много високи температури. Това горене освобождава газове, сред които е силно токсичният въглероден оксид (CO) и дихидроген, от друга страна.
- електролиза на вода: Това е най-добрият метод от трите по отношение на устойчивостта, а също и по отношение на изобилието, тъй като по-голямата част от земята се състои от вода. Следователно той може да бъде получен от водата на моретата и океаните. За това се използва резервоар за вода, където се вкарват електроди. Чрез прилагане на непрекъснат електрически ток, водните молекули (H2O) се разделят на кислород (O2) и водород (H2). Когато източникът на енергия за това електричество е възобновяема енергия, като слънчева или вятърна, този водород се нарича зелен.
Как работи водороден двигател (горивна клетка)?
Когато имаме нужда превръщат водорода в енергия, водородният газ може да се съхранява в специални резервоари, откъдето се насочва към горивна клетка. Там той отново се комбинира с кислорода във въздуха (както се случва в двигател с вътрешно горене, когато въздухът навлиза в цилиндъра, за да предизвика горене), което предизвиква енергийна реакция и по този начин се получава енергия. По този начин в атмосферата няма да се отделят никакви замърсяващи газове, тъй като единственият отпадък, генериран от този тип двигател, е водата. Рекомбинирането на кислород във въздуха с водород създава H2O молекули в процеса. Вода, която може да се използва за други цели, включително за регенериране на водород чрез електролиза.
Благодарение на тази реакция между водород и кислород във вашата горивна клетка се генерира електричество, за да задвижи електрически мотор и управлявайте автомобила. С други думи, водородните автомобили са по същество електрически, въпреки че не получават енергията си от литиева батерия или друг тип, който замърсява околната среда, нито от хибриден двигател, който също има емисии. Някои превозни средства от този тип обаче могат да имат батерия за съхраняване на енергията, която не се изразходва за използване в друг момент. Например, когато потреблението на енергия е високо, цялата енергия, която идва от горивната клетка, се изразходва, докато ако е ниско, част може да бъде пренасочена към електрическите двигатели, а част да се съхранява в батерията.
Много от тези превозни средства също имат регенеративна спирачка, тоест да акумулира електрическа енергия от спирането, като по този начин спомага за намаляване на потреблението на водород и постигане на по-добра автономност. И както споменах по-рано, единственият отпадък, който се генерира, е водата, която ще изхвърлите през изпускателната тръба.
Що се отнася до компоненти на автомобил с водородни горивни клетки, ние имаме:
- блок за управление на мощността: е система, която оптимално контролира доставката на енергия в горивната клетка, както и зареждането на батериите и използването на тази електрическа енергия.
- Електродвигател: Може да има един или повече. Това обикновено е синхронен двигател с постоянен магнит, който ще преобразува електричеството от горивната клетка или батерията в енергия за задвижване на превозното средство.
- преобразувател на напрежение на горивни клетки: е системата, способна да адаптира електричеството, генерирано от водородната горивна клетка, за да получи подходящо напрежение за двигателите.
- група горивни клетки: Това е истинското сърце на системата, компонентът, в който химическата енергия, идваща от подаването на водород от резервоарите и кислород от въздуха, се трансформира в електрическа енергия.
- батерия: батерията е отговорна за съхраняването на енергията, генерирана от горивната клетка и тази, възстановена от забавяне, както и за укрепване на мощността на горивната клетка по време на ускорение в случаи на голямо търсене.
- резервоари с високо налягане: водородът трябва да се съхранява безопасно в резервоари под високо налягане. Освен това ще има клапани за свръхналягане, предупреждение в случай на изтичане на водород и трислойна структура: един от подсилен с фибростъкло полимер, междинен полимер и трети от пластмаса, подсилена с въглеродни влакна. Всичко, което да издържа на много високо налягане.
работа с горивни клетки
Ние казахме, че горивна клетка, или електрическо превозно средство с водородни горивни клетки (FCEV), отговаря за генерирането на електрическа енергия от реакцията между водород и кислород от въздуха в атмосферата. Е, за да се произведе това електричество, се използват електрохимични реакции. Горивните клетки ще използват анод и катод от всяка страна на електролита. Например, водородът се подава към анода и се използва катализатор за генериране на положително заредени йони, които преминават през електролита към катода. Междувременно, на катода, въздухът се изтегля в системата и се комбинира с катализатор, водородни йони и електрони, за да произведе топлина и вода като странични продукти. Това предизвиква ток, генериращ електричество.
Опит с шофиране на водородно превозно средство
На практика, при шофиране на водородно превозно средство опитът е почти идентичен с този на акумулаторно електрическо превозно средство. Има обаче някои малки разлики, много от тях ще бъдат усъвършенствани с течение на времето, когато технологиите напреднат, както се случи и при електрическите автомобили, които са се променили много от първите модели, представени до сегашните, въпреки факта, че са сравнително млад..
Предизвикателството за автомобилните инженери е, че водородните горивни клетки работят най-добре с постоянна мощност. Изискванията към мощност на едно конвенционално превозно средство обаче, когато се движи по различни пътища, като градски или магистрали, изискват промени в подаването на мощност. Нещо, върху което работят инженерите, за да осигурят възможно най-добрите резултати.
Например Toyota Mirai има a 90 kW (120 конски сили) номинална мощност. Но това не е достатъчно за високоскоростно ускорение по магистрала, така че Toyota (подобно на други производители на HFCV) добавя батерия с нисък капацитет и високо напрежение, много подобна на използваната в бензиново-електрическите хибридни превозни средства, за да помогне за постигането на това допълнително ускорение и мощност, когато поискано. Също така, това не означава, че много мощни автомобили не могат да бъдат направени с горивни клетки, всъщност суперавтомобилът Hyperion XP-1 е водороден автомобил, който може да ускори от 0-100 км/ч за около 2.6 секунди и да достигне максимална скорост от 356 км/ч.
Предимства и недостатъци на водорода като гориво
И накрая, важно е да подчертаем предимства и недостатъци който трябва да използва водород като гориво за превозни средства:
Предимство
Сред ventajas От използването на водород като гориво имаме:
- Нулеви емисии: водородните превозни средства отделят само вода като страничен продукт. Следователно вие допринасяте за околната среда.
- Бързо зареждане с гориво: зареждането ще отнеме само няколко минути, тъй като ще трябва само да напълните резервоарите за водород отново, както бихте направили с дизел или бензин. Нищо общо с електрическите, които трябва да бъдат включени за дълго време, за да заредят напълно батерията си. Освен това средната цена на електрическа кола е около 8.5 евро на 100 км, подобно на разходите за горива като дизел или бензин. Вместо това водородът може да бъде по-евтин.
- Отговаря на целите на ЕС: целите, поставени от ЕС за намаляване на емисиите, са повече от постигнати от превозните средства с водород. В предложението на ЕС за 2030 г. се предвижда намаляване на емисиите на замърсяващи газове с 35%, а водородната кола отделя 0.
- Минимална поддръжка: Тези електродвигатели се нуждаят от минимална, лесна и евтина поддръжка, освен това са доста надеждни. Следователно в това отношение няма да се налага да инвестирате толкова, колкото в автомобил с двигател с вътрешно горене.
- Безшумен: Те са също толкова тихи, колкото електрическите, така че няма да допринесат за шумовото замърсяване, което съществува в много градове.
- По-голяма автономия: водородните автомобили имат по-голяма автономност, нещо много важно. Докато електрическите превозни средства предлагат среден пробег от 300 км, водородните превозни средства могат да постигнат повече от двойно повече. Те дори биха могли да постигнат автономност от повече от 2000 км в близко бъдеще.
- Нулеви емисии: със стикера за нулеви емисии на DGT можете да паркирате, без да плащате нито стотинка в градовете, така че можете да имате същите предимства като с електрическите автомобили, когато шофирате през градските зони.
- Издържат на екстремни температури: За разлика от 100% електрически автомобили, водородните автомобили могат да работят при по-екстремни температури. Това едва ли ще бъде забележимо в работата на автомобила или в неговата автономност, нещо, което се случва при електрическите.
Недостатъци
Разбира се, водородните превозни средства също имат неговите недостатъци, като всичко. Най-известните са:
- Цена: Тъй като не е толкова зряла технология, водородните превозни средства имат по-висока цена от конвенционалните автомобили или електрическите автомобили. Следователно това е детайл, който трябва да се вземе предвид. Въпреки това, в дългосрочен план можете да спестите гориво и в сервиза, като се има предвид колко надеждни са те. Освен това трябва да се каже, че тези автомобили ще имат тенденция да падат в цените с течение на времето, тъй като технологията за създаване на горивни клетки, а също и за водородни резервоари ще узреят повече, което трябва да бъде много безопасно, за да издържа на високо налягане и да избегне течове при инциденти, които могат да доведат до експлозии.
- Малко точки за зареждане: Тъй като в момента това е малцинствена технология за задвижване, какъвто е случаят с електрическата кола, няма много точки за зареждане. Това трябва постепенно да се промени. В Испания например обектите могат да се броят на пръстите на едната ръка, тъй като има само около 6 точки в Севиля, Албасете, Пуертолано, Сарагоса, Уеска и Барбастро. Други страни, като Германия, вече имат повече превозни средства от този тип и имат за цел да достигнат до 500 пункта за зареждане.
- Малко разнообразие от модели: Тъй като това не е толкова широко разпространена технология, в момента има малко марки и модели, от които да избирате, въпреки че това също ще се промени с течение на времето и производителите ще ги произвеждат в по-голям мащаб. Освен това липсата на пунктове за зареждане с гориво или водородна мрежа не помага за насърчаване на продажбата на този тип превозни средства. Въпреки това вече имате страхотни водородни автомобили като Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT и др.
- не е компактен: Като се има предвид сложността на резервоарите за водород и горивната клетка, тези автомобили са склонни да имат по-големи размери, така че ако търсите помощни устройства с малък размер, можете да забравите за това. Поне за момента, докато се постигне по-висока степен на уплътняване. Дори в някои случаи багажникът обикновено не е много просторен, тъй като други механични компоненти заемат част от пространството му. В този смисъл те са подобни на електрическите.
- Пелигрозо: Водородът е силно летлив и запалим. Поради тази причина резервоарите за водород трябва да бъдат много устойчиви и безопасни, да издържат на удари, да избягват течове с допълнителни системи за сигурност и да издържат на високо налягане. Всичко това, за да бъдат в безопасност шофьорите и другите пътници. Това води до друг производен проблем и той е, че горивната клетка и резервоарите обикновено имат по-ограничен полезен живот, предвид правилата за безопасност. Понастоящем се смята, че границата на резервоара за водород е 15 години, след което той трябва да бъде заменен с нов. Що се отнася до горивната клетка, някои производители смятат, че тя може да намали мощността си с 15% след изминаване на около 225.000 XNUMX км употреба, въпреки че малко по малко те се подобряват в това отношение.