Vodík, palivo budoucnosti?

vodík

L vodíková auta Byli odsunuti na druhé místo s důrazem na hybridní, plynové a elektrické vozy. Vodík by však mohl být palivem budoucnosti s výhodami mnohem lepšími než elektromobily, pokud jde o ohleduplnost k životnímu prostředí. A je to tím, že elektromobily nemají žádné emise, ale jejich baterie představují vážnou ekologickou výzvu kvůli výrobě lithia a jeho recyklaci a nakládání s odpady. Vodík je však husa, která snáší zlatá vejce, to vše jsou výhody...

Co je to vodík?

vodík

El vodík Jedná se o chemický prvek periodické tabulky, který se vyznačuje tím, že je nejjednodušší ze všech, s atomovým číslem 1. Je to velmi lehký plyn, lze jej skladovat a sám o sobě nevytváří znečišťující emise. S těmito vlastnostmi je perfektním kandidátem pro použití jako palivo. Kromě toho je na Zemi velmi hojný a lze jej snadno vyrobit chemickými procesy. K výrobě tohoto typu plynu lze dokonce použít obnovitelnou energii. Může tedy jít i o způsob získávání obnovitelné energie.

druhy vodíku

Existuje barevná nomenklatura, která klasifikuje vodík podle způsobu, jakým byl získán. Je důležité znát stávající typy vodíku, jako:

  • Šedý vodík: Tento typ vodíku se získává reformováním fosilních paliv, jako je zemní plyn. Je to v současnosti nejlevnější vodík na výrobu, ale při výrobě se do atmosféry uvolňuje CO2, takže to není čistý způsob jeho získávání. Dnes je nejlevnější a nejvyráběnější.
  • modrý vodík: Jde o další typ vodíku získávaný z fosilních paliv, ale tentokrát s technikami, které jsou schopny zachycovat a ukládat emise CO2 vznikající během procesu tak, aby nebyly vypouštěny do atmosféry, takže má menší dopad na životní prostředí než Šedá. Emise při jeho výrobě samozřejmě nejsou zcela eliminovány, ale jsou redukovány. Výrobní cena tohoto typu vodíku je střední.
  • Zelený vodík: Je nejlepší ze všech tří a bude se o něm hodně mluvit. Tento obnovitelný vodík se získává elektrolýzou vody, takže během procesu nevzniká žádné znečištění. K napájení elektrolýzních systémů se navíc využívá obnovitelných zdrojů energie, jako je vítr nebo slunce, takže jde o udržitelné a zcela čisté palivo. V současnosti se však vyrábí v menším množství než předchozí dva a je nejdražší.

Výzvou je nahradit všechny ostatní vodíky zeleným vodíkem, a to tímto způsobem získat správné palivo.

Jak se získává vodík?

zelený vodík

Vodík, jak jsme viděli v předchozí části, lze vyrábět různými způsoby. Ale bez ohledu na energii obsaženou v jeho výrobním procesu se nyní podívejme na způsoby, jakými lze tento plyn získat tak hojný:

  • molekulární transformace: Tato technika je dosažena řadou chemických reakcí k získání vodíku. Mezi nejpoužívanější techniky patří využití zemního plynu získaného z ropných polí. Vysokoteplotní pára se používá k disociaci uhlíku z vodíku, ze kterého se vyrábí zemní plyn. Tak se získává na jedné straně dihydrogen a na druhé oxid uhličitý.
  • Zplyňování: je metoda, která dosahuje zplyňování vodní párou a čistým kyslíkem z uhlí nebo biomasy. V reaktoru se uhlí nebo biomasa spalují při velmi vysokých teplotách. Při tomto spalování se uvolňují plyny, mezi nimiž je na druhé straně vysoce toxický oxid uhelnatý (CO) a dihydrogen.
  • elektrolýza vody: Je to nejlepší metoda ze všech tří z hlediska udržitelnosti a také z hlediska hojnosti, protože většinu země tvoří voda. Proto se dal získat z vod moří a oceánů. K tomu se používá nádrž na vodu, kde jsou vloženy elektrody. Přivedením trvalého elektrického proudu se molekuly vody (H2O) rozdělí na kyslík (O2) a vodík (H2). Když je zdrojem energie pro tuto elektřinu obnovitelná energie, jako je sluneční nebo větrná energie, říká se, že tento vodík je zelený.

Jak funguje vodíkový motor (palivový článek)?

vodíkový motor

Když potřebujeme přeměňovat vodík na energiivodíkový plyn může být skladován ve specifických nádržích, odkud je veden do palivového článku. Tam se znovu sloučí se vzdušným kyslíkem (jak se to děje ve spalovacím motoru, když vzduch vstoupí do válce, aby vyvolal spalování), což vyvolá energickou reakci a tím se získá energie. Tímto způsobem nebudou do atmosféry vypouštěny žádné znečišťující plyny, protože jediným odpadem, který tento typ motoru vytváří, je voda. Rekombinací kyslíku ve vzduchu s vodíkem vznikají při tomto procesu molekuly H2O. Voda, která by mohla být použita pro jiné účely, včetně regenerace vodíku elektrolýzou.

Díky této reakci mezi vodíkem a kyslíkem ve vašem palivovém článku se generuje elektřina k pohybu elektromotor a řídit vozidlo. To znamená, že vodíková auta jsou v podstatě elektrická, i když energii nezískávají z lithiové baterie nebo jiného typu, který znečišťuje, ani z hybridního motoru, který má také emise. Některá vozidla tohoto typu však mohou mít baterii pro uložení energie, která se nespotřebuje pro použití v jiném čase. Například, když je potřeba energie vysoká, spotřebovává se veškerá energie, která pochází z palivového článku, zatímco pokud je nízká, část může být odvedena do elektromotorů a část může být uložena v baterii.

Mnoho z těchto vozidel má také rekuperační brzda, tedy akumulovat elektrickou energii z brzdění, a tím přispět ke snížení spotřeby vodíku a dosažení lepší autonomie. A jak jsem již zmínil, jediný odpad, který vzniká, je voda, kterou budete vypouštět výfukem.

Pokud jde o komponenty vozidla s vodíkovými palivovými články, máme:

  • jednotka řízení výkonu: je systém, který optimálně řídí dodávku energie v palivovém článku, stejně jako nabíjení baterií a využití této elektrické energie.
  • Elektrický motor: Může být jeden nebo více. Obvykle se jedná o synchronní motor s permanentním magnetem, který přemění elektřinu z palivového článku nebo baterie na energii pro pohon vozidla.
  • měnič napětí palivového článku: je systém schopný přizpůsobit elektřinu generovanou vodíkovým palivovým článkem pro získání adekvátního napětí pro motory.
  • skupina palivových článků: Je skutečným srdcem systému, komponentou, ve které se chemická energie pocházející z dodávky vodíku z nádrží a kyslíku ze vzduchu přeměňuje na elektrickou energii.
  • Baterie: baterie má na starosti ukládání energie generované palivovým článkem a energie získané z decelerace a také posilování výkonu palivového článku během zrychlování v případech vysoké poptávky.
  • vysokotlaké nádrže: vodík musí být bezpečně skladován ve vysokotlakých nádržích. Kromě toho přibudou přetlakové ventily, varování v případě úniku vodíku a třívrstvá struktura: jeden z polymeru vyztuženého skelnými vlákny, mezipolymer a třetí z plastu vyztuženého uhlíkovými vlákny. Vše, aby vydrželo velmi vysoké tlaky.

provoz palivových článků

palivový článek

Řekli jsme, že palivový článek, nebo Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV), je zodpovědný za generování elektrické energie z reakce mezi vodíkem a kyslíkem ze vzduchu v atmosféře. No, k výrobě té elektřiny se používají elektrochemické reakce. Palivové články budou používat anodu a katodu na každé straně elektrolytu. Například vodík se přivádí k anodě a katalyzátor se používá ke generování kladně nabitých iontů, které proudí elektrolytem ke katodě. Mezitím je na katodě vzduch nasáván do systému a slučován s katalyzátorem, vodíkovými ionty a elektrony za vzniku tepla a vody jako vedlejších produktů. To indukuje proud, generující elektřinu.

Zkušenosti s řízením vodíkového vozidla

Tipy pro jízdu na sněhu, nejlepší auta pro zahájení jízdy

V praxi se při řízení vodíkového vozidla zkušenosti jsou téměř identické jako u elektromobilu na baterie. Existují však drobné rozdíly, mnohé z nich se časem doladí, až technologie pokročí, jako tomu bylo i u elektromobilů, které se od prvních představených modelů po ty současné hodně změnily, a to přesto, že jsou relativně mladý..

Výzvou pro automobilové inženýry jsou vodíkové palivové články pracovat nejlépe s konstantním výkonem. Požadavky na výkon konvenčního vozidla při jízdě na různých silnicích, jako je město nebo dálnice, však vyžadují změny v dodávce výkonu. Něco, na čem inženýři pracují, aby přinesli ty nejlepší možné výsledky.

Například Toyota Mirai má a Jmenovitý výkon 90 kW (120 koní).. To však pro vysokorychlostní dálniční zrychlení nestačí, takže Toyota (stejně jako ostatní výrobci HFCV) přidává nízkokapacitní vysokonapěťovou baterii, podobnou těm, které se používají v benzinově-elektrických hybridních vozidlech, aby pomohla dosáhnout této mimořádné akcelerace a výkonu při požadoval. To také neznamená, že s palivovými články nelze vyrábět velmi výkonná auta, ve skutečnosti je superauto Hyperion XP-1 vodíkové auto, které dokáže zrychlit z 0 na 100 km/h za 2.6 sekundy a dosáhnout maximální rychlosti 356 km/h.

Výhody a nevýhody vodíku jako paliva

klady a zápory

Na závěr je důležité zdůraznit výhody a nevýhody která musí používat vodík jako palivo pro vozidla:

Výhoda

Mezi výhoda Z použití vodíku jako paliva máme:

  • Nulové emise: vodíková vozidla uvolňují vodu pouze jako vedlejší produkt. Tím přispíváte k životnímu prostředí.
  • Rychlé tankování: tankování zabere jen několik minut, protože budete muset znovu naplnit vodíkové nádrže, jako byste to dělali s naftou nebo benzínem. Nemá to nic společného s elektrickými, které je třeba pro plné nabití baterie dlouho zapojit do zásuvky. Navíc průměrné náklady na elektrický vůz jsou asi 8.5 EUR na 100 km, podobně jako náklady na paliva, jako je nafta nebo benzín. Místo toho by vodík mohl být levnější.
  • Splňuje cíle EU: cíle stanovené EU v oblasti snižování emisí jsou více než splněny u vozidel na vodík. V návrhu EU pro rok 2030 se počítá se snížením emisí znečišťujících plynů o 35 % a vodíkový automobil vypouští 0.
  • Minimální údržba: Tyto elektromotory vyžadují minimální, jednoduchou a levnou údržbu a jsou také poměrně spolehlivé. V tomto ohledu tedy nebudete muset investovat tolik jako do vozidla se spalovacím motorem.
  • Tichý: Jsou stejně tiché jako elektrické, takže nebudou přispívat k hlukovému znečištění, které existuje v mnoha městech.
  • Větší autonomie: vodíková auta mají větší autonomii, něco velmi důležitého. Zatímco elektromobily nabízejí dojezd v průměru 300 km, vodíková vozidla mohou dosáhnout více než dvojnásobku. V blízké budoucnosti by mohly dokonce dosáhnout autonomie více než 2000 km.
  • Nulové emise: s nálepkou DGT Zero Emissions můžete ve městech zaparkovat bez placení koruny, takže při projíždění městskými oblastmi můžete mít stejné výhody jako s elektromobily.
  • Odolává extrémním teplotám: Na rozdíl od 100% elektromobilů mohou vodíková auta fungovat i v extrémnějších teplotách. Na výkonu vozidla nebo na jeho autonomii to nebude patrné, což se u elektrických vozidel stává.

Nevýhody

Vodíková vozidla samozřejmě také mají jeho nevýhody, jako všechno. Nejvýraznější jsou:

  • Cena: Jelikož se nejedná o tak vyspělou technologii, vodíková vozidla mají vyšší cenu než konvenční automobily nebo elektromobily. Proto je to detail ke zvážení. Z dlouhodobého hlediska však můžete ušetřit na palivu a v dílně, vzhledem k tomu, jak jsou spolehlivé. Kromě toho je třeba říci, že tato auta budou mít tendenci s postupem času klesat s cenou, protože technologie výroby palivových článků a také vodíkových nádrží bude více zralá, což musí být velmi bezpečné, aby vydrželo vysoké tlaky a zabránilo se únikům. při nehodách, které by mohly vést k výbuchu.
  • Málo bodů na tankování: Jelikož jde v současnosti o menšinovou technologii pohonu, jako je tomu u elektromobilu, není moc bodů k tankování. To by se mělo postupně změnit. Například ve Španělsku lze lokality spočítat na prstech jedné ruky, protože v Seville, Albacete, Puertollano, Zaragoze, Huesce a Barbastru je jen asi 6 bodů. Jiné země, například Německo, již mají více vozidel tohoto typu a mají za cíl dosáhnout až 500 čerpacích míst.
  • Malá rozmanitost modelů: Vzhledem k tomu, že se nejedná o tak rozšířenou technologii, je v současné době na výběr málo značek a modelů, i když i to se bude časem měnit a výrobci je vyrábět ve větším měřítku. Nedostatek čerpacích stanic nebo vodíkové sítě navíc nepomáhá k podpoře prodeje tohoto typu vozidel. Nicméně už máte skvělá vodíková auta jako Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT atd.
  • není kompaktní: Vzhledem ke složitosti vodíkových nádrží a palivového článku mívají tyto vozy větší rozměry, takže pokud hledáte malé utilitky, můžete na to zapomenout. Alespoň prozatím, dokud nebude dosaženo vyššího stupně zhutnění. I v některých případech není kufr obvykle příliš prostorný, protože část jeho prostoru zabírají jiné mechanické komponenty. V tomto smyslu jsou podobné elektrickým.
  • Nebezpečný: Vodík je vysoce těkavý a hořlavý. Z tohoto důvodu musí být vodíkové nádrže velmi odolné a bezpečné, odolávat nárazům, vyhýbat se únikům pomocí doplňkových bezpečnostních systémů a odolávat vysokým tlakům. To vše pro bezpečnost řidičů a ostatních cestujících. To vede k dalšímu odvozenému problému, který spočívá v tom, že palivový článek a nádrže mají obvykle omezenější životnost vzhledem k bezpečnostním předpisům. V současné době se odhaduje, že limit vodíkové nádrže je 15 let, kdy by se musela vyměnit za novou. Pokud jde o palivový článek, někteří výrobci odhadují, že by po ujetí asi 15 225.000 km mohl snížit svůj výkon o XNUMX %, i když se v tomto ohledu postupně zlepšují.

Sledujte nás ve Zprávách Google

Buďte první komentář

Zanechte svůj komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Povinné položky jsou označeny *

*

*

  1. Odpovědný za údaje: Miguel Ángel Gatón
  2. Účel údajů: Ovládací SPAM, správa komentářů.
  3. Legitimace: Váš souhlas
  4. Sdělování údajů: Údaje nebudou sděleny třetím osobám, s výjimkou zákonných povinností.
  5. Úložiště dat: Databáze hostovaná společností Occentus Networks (EU)
  6. Práva: Vaše údaje můžete kdykoli omezit, obnovit a odstranit.