Motor na vodik: rad, vrste, nedostaci i prednosti

El hidrogen motor ostaje jedna od opklada za budućnost automobilske industrije. Njegov rad daje mu niz prednosti koji vam omogućavaju da ostanete na površini uprkos vašim nedostacima. Iz tog razloga su napravili brendove kao što su Toyota, BMW, Mazda, Hyundai i Ford velike investicije u ovoj tehnologiji.

U ovom članku ćemo pogledati kako radi motor na vodonik, šta vrste postoje i šta su njihovi glavne prednosti i nedostatke. Na taj način se može razumjeti zašto nekoliko kompanija nastavlja raditi na tome, uprkos širenju akumulatorska električna vozila.

Postoje dva tipa motora koji koriste vodonik, motori sa unutrašnjim sagorevanjem i motori za konverziju gorivnih ćelija. Pogledajmo kako funkcionišu i koje prednosti i nedostatke svaki od njih ima.

Motor na vodonik sa unutrašnjim sagorevanjem

ovi motori koriste vodonik kao i benzin. Odnosno, spaljuju ga u komorama za sagorijevanje kako bi generirali eksplozije (kinetička energija i toplina). Iz tog razloga, konvencionalni benzinski motor može se prilagoditi za sagorijevanje vodonika na isti način na koji su prilagođeni za GLP o GNC.

Kako radi motor sa sagorevanjem vodonika?

Rad ovog motora je vrlo sličan onom kod benzinskog motora. The vodonik se koristi kao gorivo y el kiseonik kao oksidans. Hemijska reakcija se pokreće varnicom, koju može proizvesti a utikači.

Vodik nema atoma ugljika, tako da je reakcija spoj dvaju molekula vodonika sa jednim molekulom kiseonika, za oslobađanje energije i vode. Izraženo hemijskom jednačinom: 2H2 + O2 → 2H2O.

El rezultat njegove hemijske reakcije je jednostavno vodena para. Međutim, motori sa sagorevanjem vodika može proizvesti određene emisije proizašla iz njegovog rada. Na primjer, male količine NOx, zrakom i toplinom komore za sagorevanjeili emisije proizvodi spali malo ulja koji prelaze klipni prstenovi.

Kao vodonik to je gas, se čuva u rezervoaru pod pritiskom od 700 bara. Što je između 350 i 280 puta više od uobičajenih pritisaka u automobilskim gumama (između 2 i 2,5 bara). Iako je bilo i automobila koji su pohranjivali vodonik u tečnom stanju na vrlo niskoj temperaturi, kao što ćete vidjeti u nastavku.

Motori sa sagorijevanjem na vodik nude neke zanimljive prednosti u odnosu na konvencionalne motore sa unutrašnjim sagorevanjem. Na primjer, teoretski bi mogli raditi s vrlo mršavom smjesom (Lambda blizu 2). To jest, mogli bi koristiti malo goriva da iskoriste sav zrak koji ulazi i postanu vrlo efikasni.

Primjeri motora sa sagorijevanjem vodika

u bmw 750hl oni su dobar primer vodoničnog motora, koji je izašao na videlo 2000. godine. Iako je to zapravo bio BMW benzinski motor, prilagođen i za sagorevanje vodonika.

Međutim, imao je nekoliko nedostataka: prvi, to što je pohranjivao tečni vodonik. Što je zahtijevalo vrlo skupo skladište napravljeno od materijala iz avio-industrije čuvajte na temperaturama ispod -250ºC. Nešto što se moglo postići samo za 12 ili 14 dana, period u kojem je vodonik postepeno isparavao i bezbedno ispuštao u atmosferu. Drugi nedostatak je što korištenjem vodonika, izgubio veliki deo svoje snage i efikasnosti. u zadnji BMW Hydrogen 7 2005. već je djelimično riješio ove probleme i podigao vodonik na pritisak od 700 bara, bez potrebe da se drži na niskoj temperaturi.

Još jedan dobar primjer je Aquarius motor na vodonik. Motor na fosilna goriva razvijen od strane izraelske kompanije, koji je prilagođen za korištenje vodonika. Prva funkcionalna verzija predstavljena je 2014. godine, a kasnije je stigla modificirana i poboljšana verzija. Prema njegovim programerima, može raditi bez ulja za podmazivanje i ima sistem izmjene plina za smanjenje emisije NOx.

Osim toga, ovaj motor sa sagorijevanjem vodika je vrlo lagan i ima vrlo malo dijelova, pa bi njegova proizvodnja bila jeftina. Mogao bi raditi kao proširivač dometa za električne automobile ili kao generator električne energije za električnu mrežu.

motor sa vodonikom na gorive ćelije

Njegovo puno ime je hidrogenski motor za konverziju gorivnih ćelija. Uprkos riječi "gorivo", oni ne sagorevaju vodonik. Koriste ga za proizvodnju električne energije kroz proces koji je obrnut od elektrolize. Zato nose bateriju u kojoj se odvija hemijska reakcija.

Rad motora na vodikove gorive ćelije

Kao i kod motora sa sagorevanjem vodonika, vodonik se skladišti u rezervoaru pod pritiskom od 700 bara. Samo umjesto da ga dovede do motora, on stiže do gorivne ćelije sa jednom anodom i jednom katodom (kao baterija).

Jednom u njemu, vodonik (H2) prolazi kroz membranu, što ga razlaže na dva vodonikova jona i dva slobodna elektrona. Izraženo kao hemijska jednačina: H2 → 2H+ i 2e-. To se događa zato što je navedena membrana električno izolirana i dozvoljava 2H+ da prođe, ali ne dozvoljava elektronima da prođu.

Ovi elektroni prelaze sa anode na katodu. iz baterije preko vanjskog kola, čime se stvara struja električni. Nastali vodikovi joni vežu se sa kisikom iz zraka i formiraju vodu. Izraženo kao hemijska formula: H2 + 1/2 O2 → H2O

Iz tog razloga, gorivne ćelije vodikov motor da, to je nula emisija, jer nema proizvodnje NOx ili plinova koji nastaju izgaranjem ulja, kao što je slučaj sa sagorijevanjem.

La membranu koji se koriste u ovim motorima skup je jer je napravljen od platine. Međutim, postoje radovi na rješavanju ove visoke cijene. Na primjer, na Tehničkom univerzitetu u Berlinu razvili su leguru željeza koja bi mogla znatno smanjiti troškove, ako bi se mogla pustiti u proizvodnju.

Primjeri automobila sa pogonom na vodik na gorive ćelije

Ovu vrstu motora odabrale su mnoge marke automobila. Na primjer, Honda sa svojim Jasnoća gorivih ćelija, ili Toyota sa Mirai i druge teške transportne poslove kao npr kamion na vodik.

Ovome se mora dodati i Hyundai nexo, el Hopium Machine, Land Rover brani vodonik, el BMW i Hydrogen SLJEDEĆA, el Mercedes GLC F-CELL i kamion iste marke GenH2.

Nedostaci hidrogen motora

• Katalizatori koji se koriste u hemijskoj reakciji motora na vodonik sa gorivnim ćelijama su od skupi materijalipoput platine. Barem dok ga ne zameni jeftiniji, kao što je već pomenut sa Tehničkog univerziteta u Berlinu.
• Da bi se dobio vodonik, mora se izvršiti sa termohemijski procesi za fosilna goriva ili elektrolizu vode, što zahtijeva utrošak energije. Glavna kritika vodikovih motora, jer se električna energija može skladištiti direktno u bateriju električnog automobila za upotrebu.
• Jednom kada se dobije vodonik, mora se uvesti pod pritiskom u ćelije ili rezervoare. Proces koji također zahtijeva dodatnu potrošnju energije.
• u vodonične ćelije njegov skupo za proizvodnju, moraju biti vrlo otporni da izdrže visoke pritiske na kojima se mora skladištiti vodonik.

Prednosti hidrogen motora

• El težina vodoničnih ćelija je manja nego kod baterija električnih vozila. Zato se njegova upotreba u teškom transportu proučava kao alternativa akumulatorskim električnim kamionima. Da bi mogli preći velike udaljenosti, njihova težina je vrlo velika.
• Punjenje vodonika je brže nego danas puniti bateriju električnog automobila.
• Za razliku od akumulatorskog električnog vozila, vozilu s pogonom na vodik na gorive ćelije nije potrebna velika baterija. Zbog toga zahtijeva manje litijuma ili drugih materijala koji mogu biti u nedostatku. Motor sa sagorevanjem na vodik ne zahteva direktno litijumsku bateriju ili druge slične.
• Gorivne ćelije traju životni vijek automobila. Za razliku od električnih baterija, koje su zbog svoje veličine i kapaciteta vrlo skupe za zamjenu. Baterija povezana s motorom na vodik je manja i stoga je jeftinija za zamjenu.
• U poređenju sa motorima na fosilna goriva, motori na vodik sa gorivnim ćelijama koriste električni motor, tako da jesu izuzetno tih.

Kako se vodonik puni gorivom

Motori na vodik imaju nedostatak što njihov rezervoar ili gorivna ćelija moraju sadržavati vodonik pod vrlo visokim pritiskom. Stoga, the tačke snabdevanja takođe mora da se pridržava sa pritiskom od 700 bara koje nose

Ovo zahtijeva stvaranje infrastrukture snabdijevanja da bi mogli napuniti gorivo za ovu vrstu vozila. Odnosno, isti problem koji imaju akumulatorska električna vozila. ipak, operacija dopunjavanja goriva je mnogo brža nego kod ovih, jer je isti kao kod LPG ili GLC vozila.

autonomija automobila na vodik

Sadašnji automobili sa motorom na vodikove gorive ćelije imaju autonomiju sličnu onima na benzin. Na primjer, Toyota Mirai najavljuje 650 km sa punom ćelijom, Hyundai Nexo 756 km y el BMW iX5 Vodonik 700km.

drugima se sviđa Hopium Machina najavljuje domet od 1.000 km, iako je to brojka koja za sada mora biti potvrđena kada se dogodi. U svakom slučaju, autonomija nije toliko bitna kao kod električnih baterija jer je punjenje mnogo brže. Ono što morate uzeti u obzir je broj punjenja goriva.

Da li je auto na vodonik siguran?

Brendovi rade godinama na ovom tipu motora poboljšati efikasnost, niže troškove i, naravno, natjerati ih da budu tan osiguranje kao što su fosilna goriva.

Pored toga, sigurnosni standardi potrebni u Evropi, SAD-u i Japanu, garancija su da su automobili na vodonik sigurni. Ne idući dalje, Toyota se hvali da je rezervoar Miraija toliko otporan da je otporan na metke.

Hoćemo li vidjeti dan kada će svi automobili biti pogonjeni vodonikom? Vrijeme će pokazati. Ono što je jasno je da brendovi nastavljaju da ulažu i da ima neke prednosti koje ga drže kao prihvatljivu alternativu u transportu bez emisija.