Brint, fremtidens brændstof?

masse brintbiler De er blevet henvist til andenpladsen med hybrid-, gas- og elbilers fremtrædende plads. Imidlertid kan brint være fremtidens brændstof, med fordele langt bedre end elektriske køretøjer med hensyn til respekt for miljøet. Og det er, at elbiler ikke har nogen emissioner, men deres batterier repræsenterer en alvorlig miljømæssig udfordring på grund af produktionen af ​​lithium og dets genbrug og affaldshåndtering. Men brint er gåsen, der lægger de gyldne æg, alle er fordele...

Hvad er brint?

El hydrogen Det er et kemisk grundstof i det periodiske system, der er kendetegnet ved at være det enkleste af alle, med atomnummer 1. Det er en meget let gas, den kan lagres, og den genererer ikke forurenende emissioner i sig selv. Med disse egenskaber er den en perfekt kandidat til brug som brændstof. Derudover er det meget rigeligt på jorden, og det kan nemt fremstilles gennem kemiske processer. Vedvarende energi kan endda bruges til at producere denne type gas. Derfor kan det også være en måde at skaffe vedvarende energi på.

typer af brint

Der er en farvenomenklatur, der klassificerer brint efter den måde, hvorpå det er opnået. Det er vigtigt at kende eksisterende brinttyper, som:

• Gråt brint: Denne type brint opnås ved at reformere fossile brændstoffer, såsom naturgas. Det er den billigste brint at producere i øjeblikket, men der udledes CO2 til atmosfæren under produktionen, så det er ikke en ren måde at opnå det på. Det er den billigste og den mest producerede i dag.
• blå brint: Det er en anden type brint udvundet af fossile brændstoffer, men denne gang med teknikker, der er i stand til at opfange og lagre de CO2-udledninger, der produceres under processen, så de ikke slippes ud i atmosfæren, så det har mindre miljøbelastning end grå. Selvfølgelig er emissionerne under produktionen ikke helt elimineret, men de reduceres. Produktionsprisen for denne type brint er mellem.
• Grønt brint: Han er den bedste af de tre, og han kommer til at blive talt meget om. Denne fornyelige brint opnås gennem elektrolyse af vand, så der dannes ingen forurening under processen. For at fodre elektrolysesystemerne sker det desuden med vedvarende energier såsom vind eller sol, så det er et bæredygtigt og helt rent brændstof. Den produceres dog i øjeblikket i mindre mængder end de to foregående og er den dyreste.

Udfordringen er at erstatte alle andre brinter med grøn brint, og det på denne måde få det rigtige brændstof.

Hvordan opnås brint?

Brint kan, som vi har set i det foregående afsnit, fremstilles på forskellige måder. Men uanset den energi, der er involveret i dens produktionsproces, lad os nu se på måder, hvorpå denne gas kan opnås så rigeligt:

• molekylær transformation: Denne teknik opnås fra en række kemiske reaktioner for at opnå brint. Blandt de mest udbredte teknikker er brugen af ​​naturgas opnået fra oliefelter. Højtemperaturdamp bruges til at adskille kulstoffet fra det brint, som naturgassen er lavet af. Sådan opnås dihydrogen på den ene side og kuldioxid på den anden.
• Forgasning: er en metode, der opnår forgasning med vanddamp og ren ilt fra kul eller biomasse. I en reaktor afbrændes kul eller biomasse ved meget høje temperaturer. Denne forbrænding frigiver gasser, blandt andet det meget giftige carbonmonoxid (CO) og dihydrogen på den anden side.
• elektrolyse af vand: Det er den bedste metode af de tre med hensyn til bæredygtighed og også med hensyn til overflod, da det meste af jorden består af vand. Derfor kunne det fås fra vandet i havene og oceanerne. Hertil bruges en vandtank, hvor der indsættes elektroder. Ved at påføre en kontinuerlig elektrisk strøm adskilles vandmolekylerne (H2O) i oxygen (O2) og brint (H2). Når strømkilden til denne elektricitet er vedvarende energi, såsom sol eller vind, siges denne brint at være grøn.

Hvordan fungerer en brintmotor (brændselscelle)?

Når vi har brug for det omdanne brint til energi, kan brintgas opbevares i specifikke tanke, hvorfra den kanaliseres til en brændselscelle. Der rekombineres det igen med ilten i luften (som det sker i en forbrændingsmotor, når luft kommer ind i cylinderen for at forårsage forbrænding), hvilket frembringer en energisk reaktion og dermed opnås energi. På denne måde vil der ikke blive udledt nogen forurenende gasser til atmosfæren, da det eneste affald, der genereres af denne type motorer, er vand. Rekombination af ilt i luften med brint skaber H2O-molekyler i processen. Et vand, der kunne bruges til andre formål, herunder til at regenerere brint gennem elektrolyse.

Takket være denne reaktion mellem brint og ilt i din brændselscelle, genereres elektricitet til at flytte elmotor og køre køretøjet. Det vil sige, at brintbiler i det væsentlige er elektriske, selvom de ikke får deres energi fra et lithiumbatteri eller en anden type, der forurener, og heller ikke fra en hybridmotor, der også har emissioner. Nogle køretøjer af denne type kan dog have et batteri til at lagre den energi, der ikke forbruges til brug på et andet tidspunkt. For eksempel, når strømbehovet er højt, forbruges al den energi, der kommer fra brændselscellen, mens hvis den er lav, kan en del omdirigeres til elmotorerne og en del til at blive lagret i batteriet.

Mange af disse køretøjer har også en regenerativ bremse, det vil sige at akkumulere elektrisk energi fra bremsning og dermed være med til at reducere brintforbruget og opnå bedre autonomi. Og, som jeg nævnte tidligere, er det eneste affald, der genereres, vand, som du vil udstøde gennem dit udstødningsrør.

Hvad angår komponenter i et brintbrændselscellekøretøj, vi har:

• strømstyringsenhed: er et system, der optimalt styrer leveringen af ​​strøm i brændselscellen, samt opladningen af ​​batterierne og brugen af ​​denne elektriske energi.
• Elektrisk motor: Der kan være en eller flere. Dette er normalt en permanent magnet synkronmotor, der vil konvertere elektricitet fra brændselscellen eller batteriet til strøm for at drive køretøjet.
• brændselscelle spændingsomformer: er systemet i stand til at tilpasse den elektricitet, der genereres af brintbrændselscellen, for at opnå den passende spænding til motorerne.
• brændselscelle gruppe: Det er systemets sande hjerte, den komponent, hvori den kemiske energi, der kommer fra tilførslen af ​​brint fra tanke og ilt fra luften, omdannes til elektrisk energi.
• Batteri: batteriet er ansvarlig for at lagre den energi, der genereres af brændselscellen, og den energi, der genvindes fra deceleration, samt forstærke brændselscellens kraft under acceleration i tilfælde af høj efterspørgsel.
• højtrykstanke: brint skal opbevares sikkert i højtrykstanke. Derudover vil der være overtryksventiler, en advarsel i tilfælde af brintlækage og en trelagsstruktur: En af glasfiberforstærket polymer, en mellempolymer og den tredje af kulfiberforstærket plast. Alt til at modstå meget høje tryk.

brændselscelledrift

Vi har sagt, at brændselscelle, eller Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV), er ansvarlig for at generere elektrisk energi fra reaktionen mellem brint og ilt fra luften i atmosfæren. Nå, for at producere den elektricitet, bruges elektrokemiske reaktioner. Brændselsceller vil bruge en anode og en katode på hver side af elektrolytten. For eksempel tilføres brint til anoden, og en katalysator bruges til at generere positivt ladede ioner, der strømmer gennem elektrolytten til katoden. I mellemtiden, ved katoden, trækkes luft ind i systemet og kombineres med en katalysator, hydrogenioner og elektroner for at producere varme og vand som biprodukter. Dette inducerer en strøm, der genererer elektricitet.

Erfaring med at køre brintbil

I praksis, når man kører et brintkøretøj oplevelsen er næsten identisk med den for et batteri elektrisk køretøj. Der er dog nogle små forskelle, mange af dem vil blive forfinet med tiden, når teknologien udvikler sig, som de også gjorde i elbiler, der har ændret sig meget fra de første præsenterede modeller til de nuværende, på trods af at de er relativt ung..

Udfordringen for bilingeniører er, at brintbrændselsceller fungerer bedst med konstant kraft. Kraftkravene til et konventionelt køretøj, når det kører på forskellige veje, såsom by- eller motorveje, kræver imidlertid ændringer i strømforsyningen. Noget som ingeniører arbejder på for at levere de bedst mulige resultater.

For eksempel har Toyota Mirai en 90 kW (120 hestekræfter) nominel effekt. Men det er ikke nok til højhastighedsacceleration på motorvejen, så Toyota (som andre HFCV-producenter) tilføjer et lavkapacitets- højspændingsbatteri, meget som dem, der bruges i benzin-elektriske hybridbiler, for at hjælpe med at opnå den ekstra acceleration og kraft, når forlangte. Det betyder heller ikke, at meget kraftige biler ikke kan laves med brændselsceller, faktisk er Hyperion XP-1 superbilen en brintbil, der kan accelerere fra 0-100 km/t på cirka 2.6 sekunder og nå tophastigheder på ca. 356 km/t.

Fordele og ulemper ved brint som brændstof

Til sidst er det vigtigt at fremhæve fordele og ulemper der skal bruge brint som brændstof til køretøjer:

Advantage

Blandt de fordel Fra brugen af ​​brint som brændstof har vi:

• Nul emissioner: brintbiler frigiver kun vand som et biprodukt. Derfor bidrager du til miljøet.
• Hurtig tankning: det tager kun et par minutter at tanke, da du kun skal fylde brinttankene igen, som du ville med diesel eller benzin. Intet at gøre med elektriske, som skal være tilsluttet i lang tid for at oplade deres batteri helt. Derudover er den gennemsnitlige pris for en elbil omkring €8.5 pr. 100 km, svarende til hvad der bruges på brændstoffer som diesel eller benzin. I stedet kunne brint være billigere.
• Opfylder EU-mål: EU's målsætninger for at reducere emissionerne opfyldes mere end af brintkøretøjer. I EU-forslaget for 2030 er det hensigten at reducere udledningen af ​​forurenende gasser med 35 %, og brintbilen udleder 0.
• Minimum vedligeholdelse: Disse elektriske motorer har brug for minimal, enkel og billig vedligeholdelse, ligesom de er ret pålidelige. Derfor skal du ikke investere så meget som i et køretøj med forbrændingsmotor i denne henseende.
• Stille: De er lige så støjsvage som elektriske, så de vil ikke bidrage til den støjforurening, der findes i mange byer.
• Større autonomi: brintbiler har større autonomi, noget meget vigtigt. Mens elbiler har en rækkevidde på 300 km i gennemsnit, kan brintbiler opnå mere end det dobbelte. De kunne endda opnå autonomi på mere end 2000 km i den nærmeste fremtid.
• Nul emissioner: med DGT Zero Emissions-mærkatet kan du parkere uden at betale en krone i byer, så du kan have de samme fordele som med elbiler, når du kører gennem byområder.
• Tåler ekstreme temperaturer: I modsætning til 100 % elbiler kan brintbiler køre i mere ekstreme temperaturer. Det vil næppe være mærkbart i køretøjets ydeevne eller i dets autonomi, noget der sker med elektriske.

Ulemper

Det har brintbiler selvfølgelig også dens ulemper, ligesom alt. De mest fremtrædende er:

• pris: Da det ikke er så moden en teknologi, har brintbiler en højere pris end konventionelle biler eller elbiler. Derfor er det en detalje at overveje. Men i det lange løb kan du spare på brændstof og på værkstedet, givet hvor pålidelige de er. Derudover skal det siges, at disse biler vil have en tendens til at falde i pris som tiden går, da teknologien til at skabe brændselsceller og også til brinttanke vil modnes mere, hvilket skal være meget sikkert til at modstå høje tryk og undgå lækager ved ulykker, som kan føre til eksplosioner.
• Få point at tanke: Da det i øjeblikket er en minoritetsfremdriftsteknologi, som det er tilfældet med elbilen, er der ikke mange point at tanke. Dette bør gradvist ændre sig. I Spanien kan stederne for eksempel tælles på én hånds fingre, da der kun er omkring 6 punkter i Sevilla, Albacete, Puertollano, Zaragoza, Huesca og Barbastro. Andre lande, såsom Tyskland, har allerede flere køretøjer af denne type, og har som mål at nå op til 500 tankpunkter.
• Lille variation af modeller: Da det ikke er så udbredt en teknologi, er der i øjeblikket få mærker og modeller at vælge imellem, selvom dette også vil ændre sig som tiden går, og producenterne producerer dem i større skala. Derudover er manglen på tankstationer eller brintnetværk ikke med til at fremme salget af denne type køretøjer. Du har dog allerede fantastiske brintbiler som Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT osv.
• ikke kompakt: I betragtning af kompleksiteten af ​​brinttankene og brændselscellen har disse biler tendens til at have større dimensioner, så hvis du leder efter små forsyningsselskaber, kan du glemme det. I hvert fald for øjeblikket, indtil der opnås en højere grad af komprimering. Selv i nogle tilfælde er bagagerummet normalt ikke særlig rummeligt, da andre mekaniske komponenter optager en del af dets plads. I denne forstand ligner de elektriske.
• peligroso: Brint er meget flygtigt og brandfarligt. Af denne grund skal brinttanke være meget modstandsdygtige og sikre, modstå stød, undgå lækager med ekstra sikkerhedssystemer og modstå høje tryk. Alt sammen for at beskytte chauffører og andre passagerer. Dette fører til et andet afledt problem, som er, at brændselscellen og tankene normalt har en mere begrænset brugstid, givet sikkerhedsbestemmelserne. I øjeblikket vurderes det, at grænsen for en brinttank er 15 år, hvorefter den skulle udskiftes med en ny. Hvad angår brændselscellen, vurderer nogle producenter, at den kan reducere sin effekt med 15% efter at have brugt omkring 225.000 km, selvom de lidt efter lidt forbedrer sig i denne henseende.