Kanssa vetyteknologiaa Erilaisia moottoreita on syntynyt. Toisaalta meillä on vetykäyttöiset ajoneuvot jotka käyttävät polttokennoa tuottamaan kiertoon tarvittavan energian ja toisaalta meillä on vetypolttomoottoreita. Tämä herättää monia kysymyksiä, mutta ne ovat hyvin erilaisia.
Sinun pitäisi tietää, mitä nämä ovat erot ja toiminta näistä kahdesta erittäin erilaisesta näkökulmasta, mutta jotka käyttävät samaa polttoainetta toimiakseen...
Vetypolttokennoajoneuvot
Los polttokennoajoneuvot, jotka tunnetaan myös nimellä FCV tai FCEV, ovat eräänlainen sähköajoneuvo, joka käyttää polttokennoa energianlähteenä, jota käytetään sen moottoreiden käyttämiseen tai energian varastoimiseen akkuun käyttääkseen sitä tarvittaessa.
polttokennoja tuottaa sähköä yleensä käyttämällä happea ilmasta ja puristetusta vedystä tankeissa. On kuitenkin muita polttokennoja, jotka voivat käyttää muita elementtejä sähkön tuottamiseen, mutta tässä olemme kiinnostuneita vain vedystä.
Nämä ajoneuvot keskittävät vedyn tuotannon epäpuhtaudet paikkaan, jossa vetyä tuotetaan (tai vedyn kuljetuksen ja varastoinnin aikana, mikä voi myös tuottaa epäpuhtauksia kuorma-autoista ja muista moottoreista), jos kyseessä ei ole vety. Eli itse nämä ajoneuvot eivät päästä minkäänlaista epäpuhtautta kun ne kiertävät.
Kaikki polttokennot koostuvat kolme perusosaa:
- Elektrolyytti: on aine, joka sisältää koostumuksessaan vapaita ioneja, mikä saa sen toimimaan sähköjohtimena.
- Anodi: Se on akun elektrodi tai napa, joka tuottaa hapettumisreaktion, jonka kautta se menettää elektroneja. Siksi se käyttäytyy positiivisena napana.
- Katodi: Se on akun elektrodi tai napa, joka läpikäy pelkistysreaktion, eli reaktion, jolla se vastaanottaa elektroneja. Siksi se käyttäytyy negatiivisena napana.
Tällä tavalla a vetypolttokenno Se toimii kuin perinteinen akku, joka tuottaa sähköenergiaa moottorin tehostamiseksi tai sen varastoimiseksi akkuun. Vaikka akku on ladattava, polttokenno saa virtansa polttoaineesta, tässä tapauksessa vedystä.
suurimmat haasteet
Yksi suurimmat haasteet Tämän tyyppiset ajoneuvon pinnat edellyttävät erittäin turvallisia varastosäiliöitä kestämään korkeaa painetta ja estämään vuodot onnettomuuden sattuessa, joka voi aiheuttaa erittäin rajuja reaktioita. Myöskään tankkausinfrastruktuuri ei tietenkään ole laajalle levinnyt, ja vetyn tankkauspisteitä on vaikea löytää.
Kaikkeen tähän on lisättävä, että ensimmäisillä polttokennomalleilla oli a elämän palvelu vähennetty, vaikka tässä suhteessa on edistytty jonkin verran. Esimerkiksi polymeerielektrolyyttikalvolla tai PEM-kennoilla voi olla jopa 7300 XNUMX tuntia kiertoolosuhteissa.
Toisaalta on huomattava, että vetypolttokennot ne ovat suhteellisen kalliita valmistaa, koska käytetään kalliita materiaaleja, kuten platinaa, joka toimii katalyyttinä. Lisäksi vetyä on myös tuotettava ja varastoitava turvallisesti, mikä myös tekee tästä tekniikasta kalliimpaa. Onneksi parhaillaan kehitetään uusia nanopartikkeleita käyttäviä vetypolttokennoja, jotka vaativat paljon vähemmän platinaa ja pienemmät kustannukset.
Historia
Polttokennokonsepti oli ilmiö, jonka Humphry Davy esitteli ensimmäisen kerran vuonna 1801. Keksintö johtuu kuitenkin William Grove. Groven kokeilla, joita hän kutsui "kaasujänniteakuksi", he osoittivat, että oli mahdollista tuottaa sähköä vetykaasusta ja hapesta. Vuonna 1842 hän todisti sähkökemiallisen reaktion vedyn ja hapen välillä platinakatalyytin päällä.
Myöhemmin insinööri Francis Thomas Bacon hän paransi Groven työtä luomalla erilaisia alkalisia polttokennoja vuosien 1939 ja 1959 välillä. Ensimmäinen ajoneuvo, joka käytti näitä polttokennoja, oli tuolloin muunneltu Allis-Chalmers -farmitraktori, joka tuotti jopa 15 kW tehoa.
La kylmän sodan avaruuskilpailu se oli myös suuri sysäys näille polttokennotekniikoille, joita käytettiin avaruustehtävissä sähkön tuottamiseen. Tämä oli läpimurto, sillä sitä käytettiin muun muassa Apollo-kapseleissa ja kuumoduuleissa.
Kuitenkin vasta vuonna 1966 General Motors kehitti ensimmäisen polttokennoa käyttävän maantieajoneuvon. oli kuuluisa chevrolet sähköauto. Tässä ajoneuvossa oli PEM-polttokenno ja se pystyi kulkemaan jopa 193 km huippunopeudella 113 km/h. Se oli kaksipaikkainen, koska siihen ei ollut tilaa, koska tarvittava polttoaine oli varastoitu kahdessa suuressa vety- ja happisäiliössä, jotka miehittivät kuorma-auton takana. Vain yksi pakettiauto rakennettiin, ja sen hinta oli kohtuuton.
80-luvulla polttokennot tuotiin takaisin avaruussovelluksiin, kuten avaruussukkulaan kuuluviin. Mutta Apollo-ohjelman sulkeminen se sai monet NASAn polttokennoasiantuntijat menemään yksityisiin yrityksiin, joissa he jatkoivat kehitystään kantamaan hedelmää myöhempinä vuosikymmeninä.
vetypolttoauto
El vetypolttomoottorilla varustettu ajoneuvo, jota kutsutaan myös englanninkielisellä lyhenteellä HICEV, on vetykäyttöinen ajoneuvo, jota ei pidä sekoittaa polttokennoa käyttävään ajoneuvoon. Tässä tapauksessa emme enää puhu sähköautosta, vaan polttomoottorista, kuten bensiinistä tai dieselistä.
Vaikka polttokennoajoneuvot käyttävät sähkökemiallista reaktiota sähkön tuottamiseksi sähkömoottoreiden tehostamiseksi, polttoajoneuvot käyttävät samanlaista kiertoa kuin fossiilisten polttoaineiden. Itse asiassa se on muunnelma tavanomaisista polttomoottoreista.
Vain tässä tapauksessa sen sijaan, että ilmaa käytettäisiin hapen ja polttopolttoaineen tuottamiseen, vetyä ja happea käytetään synnyttämään räjähdysreaktio, joka liikuttaa sylinterin mäntiä. Erona on, että tämän reaktion aikana pakoputkeen ei muodostu CO2:ta, hiilivetyjä tai muita saastuttavia hiukkasia, kuten fossiilisissa polttoaineissa. Tässä tapauksessa syntyy vain vettä, joten näiden ajoneuvojen päästöt ovat lähellä nollaa.
Ja ne eivät syystä tai toisesta ole täysin nolla, ja se on, että vaikka polttoainesäiliöissä oleva vety on puhdasta, ilmassa siinä on jotain muutakin kuin happea, kuten hyvin tiedätte. Tästä syystä jotkut näistä ilmassa olevista kaasuista voivat reagoida vedyn ja päästää typen oksideja tai NOx. Nämä päästöt ovat kuitenkin paljon vähemmän ongelmallisia kuin muiden polttoaineiden.
Saastuttavat päästöt ja muut ongelmat
Vaikka nämä ajoneuvot niillä on se etu, että syklit, kuten polttokenno, eivät rajoita niitäMuiden suurten etujen lisäksi niillä on edelleen sama vedyn tuotannon ja varastoinnin ongelma kuin polttokennojärjestelmissä. On tarpeen korostaa näiden ajoneuvojen päästöjä.
No, vedyn poltto hapen kanssa tuottaa vesihöyryä ainoana tuotteena, joka on kuitenkin yksi kasvihuonekaasuista, voidaan ottaa talteen varastointia varten ja nesteyttää vedeksi jäähtyessään.
2H 2 + TAI 2 → 2 tuntia 2 O
Sen sijaan, kuten olemme sanoneet, ilmassa on jotain muutakin kuin happea. Tästä ongelma johtuu, koska vetyä ja typpeä yhdistämällä voidaan tuottaa edellä mainitsemani kuuluisa NOx. Siksi niitä ei voida kutsua nollapäästöiksi. Eli kemiallisen reaktion kaava näyttäisi todellisuudessa enemmän tältä:
H 2 + TAI 2 + N 2 → H 2 TAI + EI x
Toisaalta on otettava huomioon, että moottorit eivät ole täydellisiä, ja jotain voiteluainetta saattaa päästä palotilaan kuten myös bensiini- tai dieselmoottoreissa. Tässä tapauksessa pakokaasut voivat sisältää myös öljyä tai palamisesta johtuvia öljyn sivutuotteita.
Lisäksi, kuten totesin tämän osan ensimmäisessä kappaleessa, vety on toinen ongelma, ja se on turvallinen säilytystila. Muista, että vety syttyy helposti muihin polttoaineisiin verrattuna. Siksi, jos vetykaasu karkaa tai tapahtuu onnettomuus, sen joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa tapahtuu erittäin voimakas räjähdysreaktio.
Vanhojen moottoreiden jälkiasennus
Las diferencias perinteisen ICE-moottorin ja bensiini- tai dieselmoottorin osalta keskitytään erityisesti seuraaviin seikkoihin:
- Venttiilit ja venttiilin istukat karkaistu.
- Vahvemmat kiertokanget kuin perinteisissä moottoreissa.
- Polttoainemoottorin seoksen ilma/polttoainesuhde on 29 % vetyä ja 71 % ilmaa, mikä tuottaa tehoa, joka voi olla jopa 15 % enemmän kuin bensiinimoottoreissa tai 15 % vähemmän tyypistä riippuen.
- Tämän tyyppisissä moottoreissa ilmaa ja polttoainetta (vetyä) ei sekoiteta aikaisemmin, vaan palokammio täytetään vain ilmalla ja sitten siihen ruiskutetaan vetyä. Muuten räjähdys tapahtuisi sylinterin ulkopuolella.
- Sytytystulpat ei-platinakärkillä.
- Korkeamman jännitteen sytytyspuola.
- Polttoainesuuttimet, jotka on mukautettava kaasulle nesteen sijaan.
- Isompi kampiakselin vaimennin.
- Vahvempi pään tiiviste.
- Ahtimen modifioitu imusarja.
- Ylipaineinen ahdin.
- Korkean lämpötilan moottoriöljy.
Eli tekemällä näitä muutoksia perinteiseen bensiinimoottoriin Se voidaan mukauttaa täydellisesti toimimaan vedyllä, mikä on toinen suuri etu, sillä se pystyy hyödyntämään tämän tyyppisille moottoreille kehitettyä nykytekniikkaa tai muuntamaan klassisia moottoreita niin, että se voi toimia ympäristöystävällisemmällä polttoaineella.
Historia
Vetypolttomoottorit suunnitteli ensimmäisen kerran vuonna 1806 Francois Isaac de Rivaz. Ensimmäinen tunnettiin De Rivaz-moottorina, joka käytti vetyä ja happea. Myöhemmin, vuonna 1863, Étienne Lenoir valmisti myös Hippomobilen, toisen vetyajoneuvon.
Vuonna 1970 tapahtui myös toinen tärkeä tapahtuma, ja se on se, että Paul Dieges patentoi tavan muuttaa bensiinikäyttöisiä polttomoottoreita toimimaan vedyllä. Sama päivämäärä, kun Tokion yliopisto painotti näitä moottoreita ja alkoi kehittää näihin moottoreihin liittyviä teknologioita ja ajaa tulevaisuuden ajoneuvoja, sekä autoja, kuorma-autoja, lentokoneita, laivoja jne.
Kuten hyvin tiedät, Japanilainen valmistaja Mazda kehitti Wankel-tyyppisen moottorin, joka käytti polttoaineena vetyä. Tämän Wankel ICE:n käytön etuna on, että tämän moottorin tarvitsema muutos on paljon pienempi kuin muiden vaihtoehtoisten ICE:iden. Myös muut japanilaiset valmistajat ovat liittyneet vetyautojen joukkoon, panostaen suurella panoksella, kuten Toyotan tapauksessa.
Vuosina 2005–2007 Euroopassa tapahtui myös tärkeä askel, kun BMW testasi ensimmäistä vedyllä toimivaa luksusautoaan. Kaikki riippuu mallista BMW Hydrogen 7, joka saattoi saavuttaa 301 km/h huippunopeuden, oli aiempia konsepteja tilavampi ja sillä oli pitkä kantama. Sieltä muut eurooppalaiset teollisuudenalat alkoivat tehdä samoin teollisuus- ja siviiliautoillaan.
Vetymoottorien edut ja haitat
Tietysti vedyn käyttäminen polttoaineena on onnistunut sen edut ja haitat Mitä täällä nähdään:
Etu
- Jos vety on vihreää, se voi olla erittäin puhdasta ja ympäristöystävällistä polttoainetta, sillä päästöt ovat nolla tai lähes mitättömät ja yksi reaktion jälkeen syntyvistä tuotteista on H2O tai vesi.
- Ne ovat moottoreita tehokkaammalla tekniikalla. Lähes 200 vuoden kehitystyön aikana tämä moottori on onnistunut saavuttamaan maksimaalisen suorituskyvyn ja optimoinnin 80 %:n hyötysuhteella. Eli 80 % vedystä käytetään vetovoiman tuottamiseen. Fossiilisten polttoaineiden moottoreissa tämä hyötysuhde voi monissa tapauksissa vaihdella 20 ja 40 prosentin välillä.
- Sitä voidaan käyttää myös raskaissa kuljetuksissa, kuten laivoissa, junissa jne.
Haitat
- Jos se on harmaata vetyä, se saastuttaa tuotannossaan. Valitettavasti suuri osa nykyisestä vedystä on harmaata, koska se on halvinta tuottaa polttamalla fossiilisia polttoaineita tai kaasua. On kuitenkin olemassa myös sinistä vetyä ja vihreää vetyä, vihreä on se, joka tuotetaan päästöttömästi, koska se käyttää uusiutuvaa energiaa tuotannossaan ja on tulevaisuus.
- Se on vaarallinen kaasu käsitellä. Sekä sen varastointi että kuljetus ovat vaarallisia. Tarvitset tankkeja, jotka kestävät korkeita paineita ja kestävät onnettomuuksia, koska muuten ilmaan joutuessaan tapahtuu erittäin rajuja reaktioita, jotka voivat lopettaa miehistön elämän.
- Vedyn tankkaamiseen ei ole olemassa suurta infrastruktuuria, eikä myöskään pistokkeisiin kytkettäville sähkölaitteille. Tässä mielessä heidän on mentävä pidemmälle saavuttaakseen olemassa olevat huoltoasemat.