Vety, tulevaisuuden polttoaine?

Los vetyautot He ovat pudonneet toiselle sijalle hybridi-, kaasu- ja sähköautojen näkyvyyden myötä. Vety voisi kuitenkin olla tulevaisuuden polttoaine, jonka edut ovat paljon sähköajoneuvoja parempia ympäristönsuojelun kannalta. Ja sähköautoissa ei ole päästöjä, mutta niiden akut ovat vakava ympäristöhaaste litiumin tuotannon ja sen kierrätyksen ja jätehuollon vuoksi. Kuitenkin vety on hanhi, joka munii kultaiset munat, kaikki ovat etuja...

Mikä on vety?

El vety Se on jaksollisen järjestelmän kemiallinen alkuaine, jolle on ominaista se, että se on kaikista yksinkertaisin, atominumerolla 1. Se on erittäin kevyt kaasu, se voidaan varastoida, eikä se itsessään aiheuta saastuttavia päästöjä. Näillä ominaisuuksilla se on täydellinen ehdokas käytettäväksi polttoaineena. Lisäksi sitä on erittäin runsaasti maan päällä, ja se voidaan valmistaa helposti kemiallisilla prosesseilla. Uusiutuvaa energiaa voidaan käyttää jopa tämäntyyppisen kaasun tuottamiseen. Siksi se voi olla myös tapa saada uusiutuvaa energiaa.

vetytyyppejä

On olemassa värinimikkeistö, joka luokittelee vedyn sen tavan mukaan, jolla se on saatu. On tärkeää tietää olemassa olevia vetytyyppejä, kuten:

• Harmaa vety: Tämän tyyppistä vetyä saadaan reformoimalla fossiilisia polttoaineita, kuten maakaasua. Se on tällä hetkellä halvin tuotettava vety, mutta tuotannossa vapautuu ilmakehään CO2:ta, joten se ei ole puhdas tapa saada sitä. Se on halvin ja eniten valmistettu nykyään.
• sininen vety: Se on toisen tyyppinen vety, jota saadaan fossiilisista polttoaineista, mutta tällä kertaa tekniikoilla, jotka pystyvät talteen ja varastoimaan prosessin aikana syntyviä CO2-päästöjä niin, että niitä ei päästetä ilmakehään, joten sillä on vähemmän ympäristövaikutuksia kuin harmaa. Sen valmistuksen aikana syntyviä päästöjä ei tietenkään täysin poisteta, mutta niitä vähennetään. Tämän tyyppisen vedyn tuotantohinta on keskimääräinen.
• Vihreä vety: Hän on paras näistä kolmesta, ja hänestä tullaan puhumaan paljon. Tämä uusiutuva vety saadaan veden elektrolyysillä, joten prosessin aikana ei synny saasteita. Lisäksi elektrolyysijärjestelmien syöttämiseen käytetään uusiutuvia energialähteitä, kuten tuuli- tai aurinkoenergiaa, joten se on kestävä ja täysin puhdas polttoaine. Sitä valmistetaan kuitenkin tällä hetkellä pienempiä määriä kuin kaksi edellistä ja se on kallein.

Haasteena on korvata kaikki muut vedyt vihreällä vedyllä ja tällä tavalla hanki oikea polttoaine.

Miten vetyä saadaan?

Kuten edellisessä osiossa havaitsimme, vetyä voidaan valmistaa eri tavoin. Mutta riippumatta sen tuotantoprosessiin käytetystä energiasta, katsotaanpa nyt tapoja, joilla tämä kaasu voidaan saada niin runsaasti:

• molekyylimuunnos: Tämä tekniikka saavutetaan sarjalla kemiallisia reaktioita vedyn saamiseksi. Yksi yleisimmin käytetyistä tekniikoista on öljykentiltä saadun maakaasun käyttö. Korkean lämpötilan höyryä käytetään erottamaan hiiltä vedystä, josta maakaasua valmistetaan. Näin saadaan toisaalta divetyä ja toisaalta hiilidioksidia.
• Kaasutus: on menetelmä, jolla kaasutus saadaan aikaan vesihöyryllä ja puhtaalla hapella hiilestä tai biomassasta. Reaktorissa hiiltä tai biomassaa poltetaan erittäin korkeissa lämpötiloissa. Tämä palaminen vapauttaa kaasuja, joiden joukossa on erittäin myrkyllistä hiilimonoksidia (CO) ja toisaalta divetyä.
• veden elektrolyysi: Se on paras menetelmä näistä kolmesta kestävyyden ja myös runsauden kannalta, koska suurin osa maapallosta koostuu vedestä. Siksi sitä voitaisiin saada merien ja valtamerien vedestä. Tätä varten käytetään vesisäiliötä, johon elektrodit asetetaan. Jatkuvalla sähkövirralla vesimolekyylit (H2O) erotetaan hapeksi (O2) ja vedyksi (H2). Kun tämän sähkön voimanlähde on uusiutuva energia, kuten aurinko tai tuuli, tämän vedyn sanotaan olevan vihreää.

Kuinka vetymoottori (polttokenno) toimii?

Kun tarvitsemme muuntaa vetyä energiaksi, vetykaasua voidaan varastoida erityisiin säiliöihin, joista se ohjataan polttokennoon. Siellä se yhdistyy uudelleen ilman hapen kanssa (kuten tapahtuu polttomoottorissa, kun ilmaa tulee sylinteriin aiheuttamaan palamisen), mikä saa aikaan energisen reaktion ja näin saadaan energiaa. Tällä tavalla ilmakehään ei pääse minkäänlaisia ​​saastuttavia kaasuja, koska ainoa tämäntyyppisten moottorien tuottama jäte on vesi. Ilman hapen yhdistäminen vedyn kanssa muodostaa prosessissa H2O-molekyylejä. Vesi, jota voitaisiin käyttää muihin tarkoituksiin, mukaan lukien vedyn regenerointiin elektrolyysin avulla.

Tämän polttokennon vedyn ja hapen välisen reaktion ansiosta syntyy sähköä, joka siirtää polttokennoa sähkömoottori ja ajaa ajoneuvoa. Toisin sanoen vetyautot ovat pääosin sähköisiä, vaikka ne eivät saa energiaansa litiumakusta tai muusta saastuttavasta tyypistä eivätkä hybridimoottorista, jolla on myös päästöjä. Joissakin tämän tyyppisissä ajoneuvoissa voi kuitenkin olla akku, joka varastoi energiaa, jota ei kuluta muuhun käyttöön. Esimerkiksi kun tehon tarve on suuri, kaikki polttokennosta tuleva energia kuluu, kun taas jos sitä on vähän, osa voidaan ohjata sähkömoottoreihin ja osa varastoida akkuun.

Monissa näistä ajoneuvoista on myös regeneratiivinen jarrueli keräämään sähköenergiaa jarrutuksesta, mikä auttaa vähentämään vedyn kulutusta ja saavuttamaan paremman autonomian. Ja kuten aiemmin mainitsin, ainoa jäte, joka syntyy, on vettä, jonka poistat pakoputken kautta.

kuten vetypolttokennoajoneuvon komponentit, meillä on:

• tehon ohjausyksikkö: on järjestelmä, joka ohjaa optimaalisesti virransyöttöä polttokennossa sekä akkujen latausta ja tämän sähköenergian käyttöä.
• Sähkömoottori: Niitä voi olla yksi tai useampi. Tämä on yleensä kestomagneettisynkroninen moottori, joka muuntaa polttokennosta tai akusta tulevan sähkön tehoksi ajoneuvon kuljettamiseksi.
• polttokennojännitemuunnin: on järjestelmä, joka pystyy mukauttamaan vetypolttokennon tuottaman sähkön riittävän jännitteen saamiseksi moottoreille.
• polttokennoryhmä: Se on järjestelmän todellinen sydän, komponentti, jossa säiliöistä tulevan vedyn ja ilmasta tulevan hapen kemiallinen energia muunnetaan sähköenergiaksi.
• Akku: akku vastaa polttokennon tuottaman ja hidastumisesta talteen otetun energian varastoinnista sekä polttokennon tehon vahvistamisesta kiihdytyksen aikana suuren kysynnän tapauksessa.
• korkeapainesäiliöt: vety on varastoitava turvallisesti korkeapainesäiliöissä. Lisäksi tulee ylipaineventtiilit, varoitus vedyn vuodon varalta ja kolmikerroksinen rakenne: yksi lasikuituvahvisteisesta polymeeristä, välipolymeeri ja kolmas hiilikuituvahvisteisesta muovista. Kaikki kestää erittäin korkeita paineita.

polttokennotoiminta

Olemme sanoneet, että polttoainekennoFCEV (Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicle) on vastuussa sähköenergian tuottamisesta vedyn ja hapen välisestä reaktiosta ilmakehän ilmassa. No, sähkön tuottamiseen käytetään sähkökemiallisia reaktioita. Polttokennot käyttävät anodia ja katodia elektrolyytin kummallakin puolella. Esimerkiksi vetyä syötetään anodille ja katalyyttiä käytetään tuottamaan positiivisesti varautuneita ioneja, jotka virtaavat elektrolyytin läpi katodille. Samaan aikaan katodilla ilma vedetään järjestelmään ja yhdistyy katalyytin, vetyionien ja elektronien kanssa tuottaen lämpöä ja vettä sivutuotteina. Tämä indusoi virran, joka tuottaa sähköä.

Vetyauton ajokokemusta

Käytännössä vetykäyttöisellä ajoneuvolla ajettaessa kokemus on lähes identtinen akkusähköauton kanssa. Pieniä eroja kuitenkin on, monet niistä jalostuvat ajan myötä tekniikan kehittyessä, kuten kävi myös sähköautoissa, jotka ovat muuttuneet paljon ensimmäisistä esitellyistä malleista nykyisiin, huolimatta siitä, että ne ovat suhteellisen nuori..

Autoinsinöörien haasteena on vetypolttokennot toimivat parhaiten jatkuvalla teholla. Perinteisen ajoneuvon tehontarpeet ajettaessa sitä eri teillä, kuten kaupunki- tai maantiellä, edellyttävät kuitenkin muutoksia tehonsyötössä. Jotain, jonka parissa insinöörit työskentelevät tuottaakseen parhaat mahdolliset tulokset.

Esimerkiksi Toyota Miraissa on 90 kW (120 hevosvoimaa) nimellisteho. Mutta se ei riitä nopeisiin maantiekiihtyvyyksiin, joten Toyota (kuten muutkin HFCV-valmistajat) lisää pienen kapasiteetin korkeajännitteisen akun, aivan kuten bensiini-sähköhybridiautoissa käytettävien akkujen avulla saavuttamaan lisäkiihtyvyyden ja tehon, kun vaati. Tämä ei myöskään tarkoita, etteikö polttokennoilla voisi tehdä erittäin tehokkaita autoja, vaan Hyperion XP-1 -superauto on vetyauto, joka kiihtyy 0-100 km/h noin 2.6 sekunnissa ja saavuttaa huippunopeudet 356 km/h.

Vedyn edut ja haitat polttoaineena

Lopuksi on tärkeää korostaa edut ja haitat joiden on käytettävä vetyä ajoneuvojen polttoaineena:

Etu

keskuudessa ventajas Vedyn käytöstä polttoaineena meillä on:

• Nollapäästöt: vetyajoneuvoista vapautuu vain vettä sivutuotteena. Siksi autat ympäristöäsi.
• Nopea tankkaus: Tankkaus kestää vain muutaman minuutin, koska sinun tarvitsee vain täyttää vetysäiliöt uudelleen samalla tavalla kuin dieselillä tai bensiinillä. Ei mitään tekemistä sähkölaitteiden kanssa, jotka täytyy olla kytkettynä pitkäksi aikaa ladatakseen akun täyteen. Lisäksi sähköauton keskihinta on noin 8.5 euroa 100 kilometriä kohden, mikä vastaa polttoaineita, kuten dieseliä tai bensiiniä. Sen sijaan vety voisi olla halvempaa.
• Täyttää EU:n tavoitteet: EU:n asettamat päästöjen vähentämistavoitteet täyttyvät enemmän kuin vetykäyttöiset ajoneuvot. EU:n ehdotuksessa vuodelle 2030 on tarkoitus vähentää saastuttavien kaasujen päästöjä 35 % ja vetyauton päästöt 0.
• Minimihuolto: Nämä sähkömoottorit vaativat minimaalista, yksinkertaista ja halpaa huoltoa sekä ovat varsin luotettavia. Siksi sinun ei tarvitse investoida niin paljon kuin polttomoottoriajoneuvoon tässä suhteessa.
• Hiljainen: Ne ovat yhtä hiljaisia ​​kuin sähköiset, joten ne eivät vaikuta monissa kaupungeissa esiintyvään melusaasteeseen.
• Suurempi autonomia: vetyautoilla on suurempi autonomia, mikä on erittäin tärkeää. Sähköautojen toimintasäde on keskimäärin 300 kilometriä, kun taas vetykäyttöiset ajoneuvot voivat saavuttaa yli kaksinkertaisen matkan. Ne voivat saavuttaa jopa yli 2000 kilometrin autonomian lähitulevaisuudessa.
• Nollapäästöjä: DGT Zero Emissions -tarralla voit pysäköidä kaupungeissa penniäkään maksamatta, joten sinulla on samat edut kuin sähköautoilla ajettaessa kaupunkialueilla.
• Kestää äärimmäisiä lämpötiloja: Toisin kuin 100 % sähköautot, vetyautot voivat toimia äärimmäisissä lämpötiloissa. Se on tuskin havaittavissa ajoneuvon suorituskyvyssä tai sen autonomiassa, mitä tapahtuu sähköautojen kanssa.

Haitat

Tietysti myös vetykäyttöisillä ajoneuvoilla on sen haitat, kuten kaikki. Näkyvimpiä ovat:

• Hinta: Koska se ei ole niin kypsä tekniikka, vetykäyttöisillä ajoneuvoilla on korkeampi hinta kuin perinteisillä autoilla tai sähköautoilla. Siksi se on harkittava yksityiskohta. Pitkällä aikavälillä voit kuitenkin säästää polttoainetta ja korjaamossa niiden luotettavuuden vuoksi. Lisäksi on sanottava, että näillä autoilla on taipumus laskea hinnat ajan myötä, koska polttokennojen ja myös vetysäiliöiden teknologia kypsyy enemmän, minkä tulee olla erittäin turvallista kestämään korkeita paineita ja välttämään vuotoja. onnettomuuksissa, jotka voivat johtaa räjähdyksiin.
• Muutama piste tankkaamiseen: Koska se on tällä hetkellä vähemmistön propulsiotekniikka, kuten sähköautonkin tapauksessa, tankkauspisteitä ei ole paljon. Tämän pitäisi vähitellen muuttua. Esimerkiksi Espanjassa paikat voidaan laskea yhden käden sormilla, sillä Sevillassa, Albacetessa, Puertollanossa, Zaragozassa, Huescassa ja Barbastrossa on vain noin 6 pistettä. Muissa maissa, kuten Saksassa, on jo enemmän tämäntyyppisiä ajoneuvoja, ja niiden tavoitteena on saavuttaa jopa 500 tankkauspistettä.
• Vähän erilaisia ​​malleja: Koska kyseessä ei ole niin laajalle levinnyt tekniikka, on tällä hetkellä vähän valinnanvaraa merkkejä ja malleja, vaikka tämäkin muuttuu ajan myötä ja valmistajat valmistavat niitä suuremmassa mittakaavassa. Lisäksi tankkauspisteiden tai vetyverkoston puute ei edistä tämäntyyppisten ajoneuvojen myyntiä. Sinulla on kuitenkin jo upeita vetyautoja, kuten Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT jne.
• ei kompakti: Vetysäiliöiden ja polttokennon monimutkaisuuden vuoksi nämä autot ovat yleensä suurempia mittoja, joten jos etsit pienikokoisia apuohjelmia, voit unohtaa sen. Ainakin toistaiseksi, kunnes saavutetaan korkeampi tiivistysaste. Jopa joissain tapauksissa tavaratila ei yleensä ole kovin tilava, koska muut mekaaniset komponentit kuluttavat osan sen tilasta. Tässä mielessä ne ovat samanlaisia ​​kuin sähkölaitteet.
• Vaarallinen: Vety on erittäin haihtuvaa ja syttyvää. Tästä syystä vetysäiliöiden on oltava erittäin kestäviä ja turvallisia, kestettävä iskuja, vältettävä vuotoja lisäturvajärjestelmillä ja kestettävä korkeita paineita. Kaikki kuljettajien ja muiden matkustajien turvallisuuden takaamiseksi. Tämä johtaa toiseen johdettuun ongelmaan, joka on se, että polttokennon ja säiliöiden käyttöikä on yleensä rajoitetumpi turvallisuusmääräysten vuoksi. Tällä hetkellä vetysäiliön rajan on arvioitu olevan 15 vuotta, jolloin se joutuisi korvaamaan uudella. Polttokennon osalta jotkut valmistajat arvioivat, että se voisi vähentää sen tehoa 15 % noin 225.000 XNUMX km ajon jälkeen, vaikka pikkuhiljaa ne paranevat tässä suhteessa.