Vesinik, tuleviku kütus?

osa vesinikautod Nad on hübriid-, gaasi- ja elektriautode esiletõstmisega langetatud teisele kohale. Vesinik võib aga olla tuleviku kütus, mille eelised on keskkonnasõbralikkuse osas elektrisõidukitest palju paremad. Ja elektriautodel pole heitmeid, kuid nende akud kujutavad endast tõsist keskkonnaalast väljakutset liitiumi tootmise ning selle ringlussevõtu ja jäätmekäitluse tõttu. Kuid vesinik on hani, kes muneb kuldmune, kõik on eelised...

Mis on vesinik?

El vesinik See on perioodilisuse tabeli keemiline element, mida iseloomustab kõige lihtsam, aatomnumbriga 1. See on väga kerge gaas, seda saab säilitada ja see ei tekita iseenesest saasteheitmeid. Nende omadustega on see ideaalne kandidaat kütusena kasutamiseks. Lisaks on seda maa peal väga palju ja seda saab kergesti toota keemiliste protsesside abil. Seda tüüpi gaasi tootmiseks saab isegi kasutada taastuvenergiat. Seetõttu võib see olla ka taastuvenergia saamise viis.

vesiniku tüübid

On olemas värvinomenklatuur, mis klassifitseerib vesiniku selle saamise viisi järgi. Oluline on teada, olemasolevad vesinikutüübid, nagu:

• Hall vesinik: Seda tüüpi vesinikku saadakse fossiilkütuste, näiteks maagaasi, reformimisel. See on hetkel odavaim toodetav vesinik, kuid tootmise käigus eraldub atmosfääri CO2, seega pole see puhas viis selle hankimiseks. See on tänapäeval kõige odavam ja enim toodetud.
• sinine vesinik: see on teist tüüpi vesinik, mida saadakse fossiilkütustest, kuid seekord meetoditega, mis on võimelised protsessi käigus tekkivaid CO2 heitkoguseid kinni püüdma ja salvestama nii, et need ei satuks atmosfääri, nii et sellel on väiksem keskkonnamõju kui hall. Loomulikult ei kõrvaldata selle tootmise käigus tekkivaid heitmeid täielikult, kuid neid vähendatakse. Seda tüüpi vesiniku tootmishind on vahepealne.
• Roheline vesinik: Ta on kolmest parim ja temast räägitakse palju. See taastuv vesinik saadakse vee elektrolüüsi teel, nii et protsessi käigus ei teki saastet. Lisaks kasutatakse elektrolüüsisüsteemide toitmiseks taastuvenergiat, nagu tuul või päike, seega on see säästev ja täiesti puhas kütus. Seda toodetakse aga praegu väiksemates kogustes kui kaks eelmist ja on kõige kallim.

Väljakutse on asendada kõik muud vesinikud rohelise vesinikuga ja sel viisil hankige õige kütus.

Kuidas saadakse vesinikku?

Nagu eelmises jaotises nägime, saab vesinikku toota mitmel viisil. Kuid hoolimata selle tootmisprotsessiga seotud energiast, vaatame nüüd kuidas seda gaasi saab hankida nii rikkalik:

• molekulaarne transformatsioon: See meetod saavutatakse vesiniku saamiseks läbiviidavate keemiliste reaktsioonide jadaga. Kõige laialdasemalt kasutatavate tehnikate hulgas on naftaväljadelt saadava maagaasi kasutamine. Kõrge temperatuuriga auru kasutatakse süsiniku dissotsieerimiseks vesinikust, millest maagaas valmistatakse. Nii saadakse ühelt poolt divesinik ja teiselt poolt süsihappegaas.
• Gaasistamine: on meetod, mille abil saavutatakse söest või biomassist saadav veeauru ja puhta hapnikuga gaasistamine. Reaktoris põletatakse kivisütt või biomassi väga kõrgel temperatuuril. Põlemisel eraldub gaase, mille hulgas on teiselt poolt väga toksiline süsinikmonooksiid (CO) ja divesinik.
• vee elektrolüüs: See on jätkusuutlikkuse ja ka külluse mõttes parim meetod kolmest, kuna suurem osa maakerast koosneb veest. Seetõttu võis seda saada merede ja ookeanide veest. Selleks kasutatakse veepaaki, kuhu sisestatakse elektroodid. Pideva elektrivoolu rakendamisel eraldatakse veemolekulid (H2O) hapnikuks (O2) ja vesinikuks (H2). Kui selle elektrienergia toiteallikaks on taastuvenergia, näiteks päike või tuul, siis öeldakse, et see vesinik on roheline.

Kuidas vesinikmootor (kütuseelement) töötab?

Kui vajame muundada vesinikku energiaks, saab vesinikgaasi hoida kindlates mahutites, kust see suunatakse kütuseelementi. Seal rekombineeritakse see uuesti õhus oleva hapnikuga (nagu juhtub sisepõlemismootoris, kui õhk siseneb silindrisse, et põhjustada põlemist), mis tekitab energilise reaktsiooni ja nii saadakse energiat. Sel viisil ei eraldu atmosfääri saastavaid gaase, kuna ainsad jäätmed, mida seda tüüpi mootorid tekitavad, on vesi. Õhuhapniku rekombineerimine vesinikuga tekitab protsessi käigus H2O molekule. Vesi, mida saaks kasutada muuks otstarbeks, sealhulgas vesiniku regenereerimiseks elektrolüüsi teel.

Tänu sellele kütuseelemendis olevale vesiniku ja hapniku vahelisele reaktsioonile tekib elektrienergia liigutamiseks elektrimootor ja juhtida sõidukit. See tähendab, et vesinikautod on sisuliselt elektrilised, kuigi nad ei saa energiat liitiumaku või muu saastava tüübi ega ka hübriidmootorist, millel on ka heitgaasid. Mõnel seda tüüpi sõidukil võib siiski olla aku, et salvestada energiat, mida muul ajal ei kasutata. Näiteks kui energiavajadus on suur, kulub ära kogu kütuseelemendist tulev energia, vähesel juhul saab osa suunata elektrimootoritesse ja osa akusse salvestada.

Paljudel neist sõidukitest on ka regeneratiivpidurst koguda pidurdamisel tekkivat elektrienergiat, aidates seega vähendada vesiniku tarbimist ja saavutada paremat autonoomiat. Ja nagu ma varem mainisin, tekib ainult vesi, mille te väljalasketoru kaudu väljutate.

Nagu vesinikkütuseelemendiga sõiduki komponendid, meil on:

• võimsuse juhtseade: on süsteem, mis juhib optimaalselt võimsuse edastamist kütuseelemendis, samuti akude laadimist ja selle elektrienergia kasutamist.
• Elektrimootor: Neid võib olla üks või mitu. Tavaliselt on see püsimagnetiga sünkroonmootor, mis muudab kütuseelemendist või akust saadava elektri sõiduki edasiliikumiseks võimsuseks.
• kütuseelemendi pingemuundur: on süsteem, mis on võimeline kohandama vesinikkütuseelemendi toodetud elektrienergiat, et saada mootoritele piisav pinge.
• kütuseelementide rühm: See on süsteemi tõeline süda, komponent, milles paakidest vesinikust ja õhust hapnikust saadav keemiline energia muundatakse elektrienergiaks.
• Aku: aku vastutab kütuseelemendi toodetud ja aeglustamisest taastunud energia salvestamise eest, samuti kütuseelemendi võimsuse suurendamise eest kiirenduse ajal suure nõudluse korral.
• kõrgsurvepaagid: vesinikku tuleb hoida ohutult kõrgsurvepaakides. Lisaks tulevad ülerõhuklapid, hoiatus vesiniku lekke korral ja kolmekihiline struktuur: üks klaaskiuga tugevdatud polümeerist, vahepolümeer ja kolmas süsinikkiuga tugevdatud plastikust. Kõik, mis peab vastu väga kõrgele survele.

kütuseelemendi töö

Oleme öelnud, et kütuseelementvesinikkütuseelemendiga elektrisõiduk (FCEV) vastutab elektrienergia tootmise eest atmosfääri õhust vesiniku ja hapniku vahelisest reaktsioonist. Noh, selle elektri tootmiseks kasutatakse elektrokeemilisi reaktsioone. Kütuseelemendid kasutavad elektrolüüdi mõlemal küljel anoodi ja katoodi. Näiteks anoodile juhitakse vesinik ja positiivselt laetud ioonide genereerimiseks kasutatakse katalüsaatorit, mis voolavad läbi elektrolüüdi katoodile. Samal ajal tõmmatakse katoodil õhk süsteemi ja ühendatakse katalüsaatori, vesinikioonide ja elektronidega, et toota kõrvalproduktidena soojust ja vett. See kutsub esile voolu, mis toodab elektrit.

Vesiniksõiduki juhtimise kogemus

Praktikas vesiniksõidukiga sõites kogemus on peaaegu identne akuga elektrisõiduki omaga. Siiski on mõningaid väikseid erinevusi, paljud neist täpsustuvad aja jooksul, kui tehnoloogia areneb, nagu ka elektriautode puhul, mis on esimestest esitletud mudelitest praeguste mudeliteni palju muutunud, hoolimata sellest, et need on suhteliselt noor..

Autoinseneride väljakutse on vesinikkütuseelemendid töötavad kõige paremini püsiva võimsusega. Tavasõiduki võimsusnõudlus erinevatel teedel (nt linnas või maanteel) sõites nõuab aga võimsuse tarnimise muutmist. Midagi, mille kallal insenerid parimate võimalike tulemuste saavutamiseks töötavad.

Näiteks Toyota Mirai on a 90 kW (120 hobujõudu) nimivõimsus. Kuid sellest ei piisa kiirkiirendamiseks maanteel, nii et Toyota (nagu ka teised HFCV-tootjad) lisab väikese võimsusega kõrgepingeaku, sarnaselt bensiini-elektri-hübriidsõidukitele, et aidata saavutada seda täiendavat kiirendust ja võimsust, kui nõudis. Samuti ei tähenda see, et kütuseelementidega ei saaks teha väga võimsaid autosid, tegelikult on Hyperion XP-1 superauto vesinikauto, mis suudab kiirendada 0-100 km/h umbes 2.6 sekundiga ja saavutada tippkiirusi 356 km/h.

Vesiniku kui kütuse eelised ja puudused

Lõpuks on oluline esile tõsta eelised ja puudused mis peab kasutama sõidukite kütusena vesinikku:

Eelis

hulgast eelis Vesiniku kütusena kasutamisest saame:

• Nullheitmed: vesiniksõidukid eraldavad vett ainult kõrvalsaadusena. Seetõttu panustate keskkonda.
• Kiire tankimine: tankimiseks kulub vaid mõni minut, sest vesinikupaagid tuleb uuesti täita, nagu teeksite diisli või bensiiniga. Pole midagi pistmist elektrilistega, mis tuleb aku täislaadimiseks pikka aega vooluvõrku ühendada. Lisaks on elektriauto keskmine maksumus umbes 8.5 eurot 100 km kohta, mis on sarnane kütustele nagu diislikütus või bensiin. Selle asemel võiks vesinik olla odavam.
• Vastab ELi eesmärkidele: ELi seatud eesmärgid heitkoguste vähendamiseks täidavad rohkem kui vesinikkütusega sõidukid. EL-i 2030. aasta ettepanekus on ette nähtud saastegaaside heitkoguste vähendamine 35% võrra ja vesinikauto heitkoguseid 0.
• Minimaalne hooldus: Need elektrimootorid vajavad minimaalset, lihtsat ja odavat hooldust ning on ka üsna töökindlad. Seetõttu ei pea te selles osas nii palju investeerima kui sisepõlemismootoriga sõidukisse.
• Vaikne: Need on sama vaiksed kui elektrilised, seega ei põhjusta need paljudes linnades esinevat mürasaastet.
• Suurem autonoomia: vesinikautodel on suurem autonoomia, midagi väga olulist. Kui elektrisõidukite läbisõit on keskmiselt 300 km, siis vesinikkütusega sõidukid suudavad seda rohkem kui kaks korda läbida. Lähitulevikus võivad nad saavutada isegi enam kui 2000 km autonoomia.
• Nullheitmed: DGT Zero Emissions kleebise abil saate linnades parkida sentigi maksmata, nii et linnapiirkondades sõites on teil samad eelised kui elektriautodel.
• Talub äärmuslikke temperatuure: Erinevalt 100% elektriautodest suudavad vesinikautod töötada äärmuslikumatel temperatuuridel. See on vaevalt märgatav sõiduki jõudluses või autonoomias, mis juhtub elektrilistega.

Puudused

Muidugi on ka vesiniksõidukitel selle puudused, nagu kõik. Kõige silmapaistvamad on:

• Hind: Kuna tegemist pole nii küpse tehnoloogiaga, on vesinikkütusega sõidukitel kõrgem hind kui tavaautodel või elektriautodel. Seetõttu tuleb seda detaili kaaluda. Pikemas perspektiivis saate aga säästa kütust ja töökojas, arvestades nende töökindlust. Lisaks tuleb öelda, et nende autode hind kipub aja möödudes langema, kuna kütuseelementide ja ka vesinikupaakide loomise tehnoloogia küpseb rohkem, mis peab olema väga ohutu, et taluda kõrget rõhku ja vältida lekkeid. õnnetustes, mis võivad põhjustada plahvatusi.
• Mõned punktid tankimiseks: Kuna see on praegu vähemusjõutehnoloogia, nagu ka elektriauto puhul, siis pole palju tankimispunkte. See peaks järk-järgult muutuma. Näiteks Hispaanias saab kohti ühe käe sõrmedel üles lugeda, sest Sevillas, Albacetes, Puertollanos, Zaragozas, Huescas ja Barbastros on ainult umbes 6 punkti. Teistes riikides, näiteks Saksamaal, on seda tüüpi sõidukeid juba rohkem ja nende eesmärk on jõuda kuni 500 tankimispunkti.
• Väike valik erinevaid mudeleid: Kuna tegemist ei ole nii laialt levinud tehnoloogiaga, on hetkel valikus vähe kaubamärke ja mudeleid, kuigi aja möödudes muutub ka see ja tootjad toodavad neid suuremas mahus. Lisaks ei aita seda tüüpi sõidukite müüki soodustada tanklate või vesinikuvõrgu puudumine. Kuid teil on juba suurepärased vesinikautod nagu Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT jne.
• mitte kompaktne: Arvestades vesinikupaakide ja kütuseelemendi keerukust, on need autod tavaliselt suuremate mõõtmetega, nii et kui otsite väikeseid kommunaalteenuseid, võite selle unustada. Vähemalt hetkel, kuni saavutatakse suurem tihendusaste. Isegi mõnel juhul ei ole pagasiruum tavaliselt väga ruumikas, kuna teised mehaanilised komponendid kulutavad osa selle ruumist. Selles mõttes on need sarnased elektrilistega.
• Ohtlik: Vesinik on väga lenduv ja tuleohtlik. Sel põhjusel peavad vesinikupaagid olema väga vastupidavad ja ohutud, taluma lööke, vältima täiendavate turvasüsteemidega lekkeid ja taluma kõrget rõhku. Kõik juhtide ja teiste reisijate ohutuse tagamiseks. See toob kaasa teise tuletatud probleemi, milleks on see, et kütuseelemendi ja paakide kasutusiga on ohutuseeskirjadest lähtuvalt tavaliselt piiratud. Praegu on hinnanguliselt vesinikupaagi piir 15 aastat, siis tuleks see uue vastu välja vahetada. Mis puutub kütuseelemendisse, siis mõnede tootjate hinnangul võib see pärast umbes 15 225.000 km läbimist oma võimsust vähendada XNUMX%, kuigi vähehaaval nad selles osas paranevad.