Vodik, gorivo budućnosti?

The automobili na vodik Oni su potisnuti na drugo mjesto s isticanjem hibridnih, plinskih i električnih automobila. Međutim, vodik bi mogao biti gorivo budućnosti, s prednostima daleko boljim od električnih vozila u pogledu poštovanja okoliša. A radi se o tome da električni automobili nemaju emisija, ali njihove baterije predstavljaju ozbiljan ekološki izazov zbog proizvodnje litija te njegovog recikliranja i gospodarenja otpadom. Ipak, vodik je guska koja nosi zlatna jaja, sve su to prednosti...

Što je vodik?

El hidrogen To je kemijski element periodnog sustava za kojeg je karakteristično da je najjednostavniji od svih, s atomskim brojem 1. Vrlo je lagan plin, može se skladištiti i sam ne stvara zagađujuće emisije. S ovim karakteristikama savršen je kandidat za korištenje kao gorivo. Osim toga, na zemlji ga ima jako puno, a može se lako proizvesti kemijskim procesima. Obnovljiva energija se čak može koristiti za proizvodnju ove vrste plina. Stoga može biti i način dobivanja obnovljive energije.

vrste vodika

Postoji nomenklatura boja koja klasificira vodik prema načinu na koji je dobiven. Važno je znati postojeće vrste vodika, kao:

• Sivi vodik: Ova vrsta vodika dobiva se reformiranjem fosilnih goriva, poput prirodnog plina. To je trenutno najjeftiniji vodik za proizvodnju, ali CO2 se emitira u atmosferu tijekom proizvodnje, pa to nije čist način dobivanja. Danas je najjeftiniji i najviše se proizvodi.
• plavi vodik: To je još jedna vrsta vodika dobivena iz fosilnih goriva, ali ovaj put s tehnikama koje su sposobne uhvatiti i pohraniti emisije CO2 koje nastaju tijekom procesa tako da se ne ispuštaju u atmosferu, tako da ima manji utjecaj na okoliš od sive boje. Naravno, emisije tijekom njegove proizvodnje nisu potpuno eliminirane, ali su smanjene. Proizvodna cijena ove vrste vodika je srednja.
• Zeleni vodik: On je najbolji od njih trojice i o njemu će se puno pričati. Ovaj obnovljivi vodik dobiva se elektrolizom vode, tako da se tijekom procesa ne stvara zagađenje. Osim toga, za napajanje sustava elektrolize koristi se obnovljiva energija poput vjetra ili sunca, tako da je to održivo i potpuno čisto gorivo. No, trenutno se proizvodi u manjim količinama od prethodna dva i najskuplji je.

Izazov je zamijeniti sve ostale vodike zelenim vodikom, i to na ovaj način dobiti pravo gorivo.

Kako se dobiva vodik?

Vodik se, kao što smo vidjeli u prethodnom odjeljku, može proizvesti na različite načine. Ali bez obzira na energiju uključenu u proces proizvodnje, pogledajmo sada načina na koji se taj plin može dobiti tako obilno:

• molekularna transformacija: Ova tehnika se postiže nizom kemijskih reakcija za dobivanje vodika. Među najčešće korištenim tehnikama je korištenje prirodnog plina dobivenog iz naftnih polja. Visokotemperaturna para koristi se za odvajanje ugljika od vodika od kojeg je napravljen prirodni plin. Tako se s jedne strane dobiva dihidrogen, a s druge ugljikov dioksid.
• Plinofikacija: je metoda kojom se postiže rasplinjavanje vodenom parom i čistim kisikom iz ugljena ili biomase. U reaktoru se ugljen ili biomasa izgaraju na vrlo visokim temperaturama. Ovo izgaranje oslobađa plinove među kojima je vrlo otrovni ugljikov monoksid (CO) i dihidrogen s druge strane.
• elektroliza vode: To je najbolja od tri metode u smislu održivosti i također u smislu obilja, budući da se većina zemlje sastoji od vode. Stoga se mogao dobiti iz vode mora i oceana. Za to se koristi spremnik za vodu u koji su umetnute elektrode. Primjenom kontinuirane električne struje molekule vode (H2O) razdvajaju se na kisik (O2) i vodik (H2). Kada je izvor energije za ovu električnu energiju obnovljiva energija, poput sunca ili vjetra, za ovaj vodik se kaže da je zelen.

Kako radi vodikov motor (goriva ćelija)?

Kad trebamo pretvoriti vodik u energiju, vodikov plin može se pohraniti u posebne spremnike odakle se usmjerava u gorivu ćeliju. Tamo se ponovno rekombinira s kisikom u zraku (kao što se događa u motoru s unutarnjim izgaranjem kada zrak ulazi u cilindar da izazove izgaranje), što proizvodi energetsku reakciju i tako se dobiva energija. Na taj način u atmosferu se neće ispuštati bilo kakvi zagađujući plinovi, budući da je jedini otpad koji stvara ovaj tip motora voda. Rekombinacija kisika u zraku s vodikom pritom stvara molekule H2O. Voda koja bi se mogla koristiti u druge svrhe, uključujući regeneraciju vodika elektrolizom.

Zahvaljujući ovoj reakciji između vodika i kisika u gorivnoj ćeliji, stvara se električna energija za pokretanje elektromotor i vozi vozilo. Odnosno, automobili na vodik su u biti električni, iako ne dobivaju energiju iz litijske baterije ili neke druge vrste koja zagađuje, niti iz hibridnog motora koji također ima emisije. Međutim, neka vozila ove vrste mogu imati bateriju za pohranjivanje energije koja se ne troši za korištenje u neko drugo vrijeme. Na primjer, kada je potražnja za električnom energijom visoka, troši se sva energija koja dolazi iz gorive ćelije, dok ako je niska, dio se može preusmjeriti na elektromotore, a dio se pohraniti u bateriju.

Mnoga od ovih vozila također imaju regenerativna kočnica, odnosno akumulirati električnu energiju od kočenja, čime se pomaže smanjiti potrošnju vodika i postići bolju autonomiju. I, kao što sam ranije spomenuo, jedini otpad koji se stvara je voda, koju ćete izbaciti kroz ispušnu cijev.

Što se tiče komponente vozila s vodikovim gorivnim ćelijama, imamo:

• jedinica za kontrolu snage: je sustav koji optimalno kontrolira isporuku energije u gorivnoj ćeliji, kao i punjenje baterija i korištenje te električne energije.
• Električni motor: Može biti jedan ili više. To je obično sinkroni motor s trajnim magnetom koji pretvara električnu energiju iz gorive ćelije ili baterije u snagu za pogon vozila.
• pretvarač napona gorive ćelije: je sustav sposoban prilagoditi električnu energiju koju generira vodikova goriva ćelija za postizanje odgovarajućeg napona za motore.
• grupa gorivih ćelija: To je pravo srce sustava, komponenta u kojoj se kemijska energija koja dolazi iz dovoda vodika iz spremnika i kisika iz zraka pretvara u električnu energiju.
• Baterija: baterija je zadužena za pohranjivanje energije koju generira goriva ćelija i koja se oporavlja od usporavanja, kao i za jačanje snage gorive ćelije tijekom ubrzavanja u slučajevima velikih zahtjeva.
• visokotlačni spremnici: vodik se mora sigurno skladištiti u visokotlačnim spremnicima. Osim toga, tu će biti i ventili za nadtlak, upozorenje u slučaju istjecanja vodika i troslojna struktura: jedan od polimera ojačanog staklenim vlaknima, međupolimer i treći od plastike ojačane karbonskim vlaknima. Sve da izdrži vrlo visoke pritiske.

rad gorivih ćelija

Rekli smo da je gorivna ćelija, ili električno vozilo s vodikovim gorivim ćelijama (FCEV), odgovorno je za proizvodnju električne energije iz reakcije između vodika i kisika iz zraka u atmosferi. Pa, da bi se proizveo taj elektricitet, koriste se elektrokemijske reakcije. Gorivne ćelije će koristiti anodu i katodu sa svake strane elektrolita. Na primjer, vodik se dovodi do anode, a katalizator se koristi za stvaranje pozitivno nabijenih iona koji teku kroz elektrolit do katode. U međuvremenu, na katodi, zrak se uvlači u sustav i spaja s katalizatorom, vodikovim ionima i elektronima za proizvodnju topline i vode kao nusproizvoda. To inducira struju, stvarajući električnu energiju.

Iskustvo vožnje vozila na vodik

U praksi, kada vozite vozilo na vodik iskustvo je gotovo identično onom kod električnog vozila na baterije. Ipak, postoje neke male razlike, mnoge od njih će se doraditi s vremenom, kada tehnologija napreduje, kao što je to bilo i kod električnih automobila, koji su se dosta promijenili od prvih predstavljenih modela do sadašnjih, unatoč činjenici da su relativno mlad..

Izazov za automobilske inženjere je da vodikove gorivne ćelije najbolje rade s konstantnom snagom. Međutim, zahtjevi za snagom konvencionalnog vozila kada se vozi različitim cestama, kao što su gradske ili autoceste, zahtijevaju promjene u isporuci snage. Nešto na čemu inženjeri rade kako bi postigli najbolje moguće rezultate.

Na primjer, Toyota Mirai ima 90 kW (120 konjskih snaga) nazivne snage. Ali to nije dovoljno za ubrzanje na autocesti pri velikim brzinama, pa Toyota (kao i drugi proizvođači HFCV-a) dodaje visokonaponsku bateriju niskog kapaciteta, poput onih koje se koriste u benzinsko-električnim hibridnim vozilima, kako bi pomogla postići to dodatno ubrzanje i snagu kada zahtijevao. Također, to ne znači da se vrlo snažni automobili ne mogu napraviti s gorivnim ćelijama, dapače, superautomobil Hyperion XP-1 je automobil na vodik koji može ubrzati od 0-100 km/h za oko 2.6 sekundi, te postići najveću brzinu od 356 km/h.

Prednosti i nedostaci vodika kao goriva

Na kraju, važno je istaknuti prednosti i nedostaci koji mora koristiti vodik kao gorivo za vozila:

Prednost

Među prednost Od upotrebe vodika kao goriva imamo:

• Nulta emisija: vozila na vodik ispuštaju samo vodu kao nusprodukt. Stoga doprinosite okolišu.
• Brzo punjenje goriva: potrebno je samo nekoliko minuta za punjenje goriva, jer ćete samo morati ponovo napuniti spremnike vodika kao što biste to učinili s dizelom ili benzinom. Nema veze s električnim, koji moraju biti priključeni na duže vrijeme da bi se potpuno napunila baterija. Osim toga, prosječna cijena električnog automobila je oko 8.5 eura na 100 km, slično trošku goriva kao što su dizel ili benzin. Umjesto toga, vodik bi mogao biti jeftiniji.
• Ispunjava ciljeve EU-a: vozila na vodik više nego ispunjavaju ciljeve koje je postavila EU za smanjenje emisija. U prijedlogu EU za 2030. namjerava se smanjiti emisija zagađujućih plinova za 35%, a automobil na vodik ispušta 0.
• Minimalno održavanje: Ovi elektromotori zahtijevaju minimalno, jednostavno i jeftino održavanje, a uz to su i prilično pouzdani. Stoga u tom smislu nećete morati ulagati toliko koliko u vozilo s motorom s unutarnjim izgaranjem.
• Nečujno: Oni su jednako tihi kao i električni, tako da neće pridonijeti zagađenju bukom kakvo je u mnogim gradovima.
• Veća autonomija: automobili na vodik imaju veću autonomiju, nešto vrlo važno. Dok električna vozila u prosjeku nude domet od 300 km, vozila na vodik mogu postići više nego dvostruko. Mogli bi čak postići autonomiju veću od 2000 km u bliskoj budućnosti.
• Nulta emisija: s naljepnicom DGT Zero Emissions možete parkirati bez plaćanja lipe u gradovima, tako da možete imati iste prednosti kao s električnim automobilima kada vozite kroz urbana područja.
• Otpornost na ekstremne temperature: Za razliku od 100% električnih automobila, automobili na vodik mogu raditi na ekstremnijim temperaturama. Teško da će se to primijetiti u performansama vozila ili u njegovoj autonomiji, što se događa kod električnih.

Nedostaci

Naravno, imaju i vozila na vodik njegove nedostatke, kao i sve. Najistaknutiji su:

• Cijena: Kako se ne radi o tako zreloj tehnologiji, vozila na vodik imaju višu cijenu od konvencionalnih automobila ili električnih automobila. Stoga je to detalj koji treba razmotriti. Međutim, dugoročno možete uštedjeti na gorivu iu radionici, s obzirom na njihovu pouzdanost. Osim toga, mora se reći da će ovi automobili imati tendenciju pada cijena kako vrijeme bude prolazilo, jer će tehnologija za stvaranje gorivih ćelija i također za spremnike vodika sve više sazrijevati, što mora biti vrlo sigurno kako bi izdržalo visoke pritiske i izbjeglo curenje u nesrećama koje bi mogle dovesti do eksplozija.
• Nekoliko točaka za dolijevanje goriva: Budući da je to trenutačno manjinska pogonska tehnologija, kao što je slučaj s električnim automobilom, nema puno točaka za dolijevanje goriva. To bi se trebalo postupno promijeniti. U Španjolskoj se, primjerice, mjesta mogu nabrojati na prste jedne ruke, budući da postoji samo oko 6 točaka u Sevilli, Albaceteu, Puertollanu, Zaragozi, Huesci i Barbastru. Druge zemlje, poput Njemačke, već imaju više vozila ovog tipa, a cilj im je doseći do 500 točaka za gorivo.
• Mala raznolikost modela: Budući da to nije toliko raširena tehnologija, trenutno postoji nekoliko marki i modela između kojih možete birati, iako će se i to promijeniti kako vrijeme prolazi i proizvođači ih proizvode u većoj mjeri. Osim toga, nedostatak točaka za točenje goriva ili vodikove mreže ne pomaže u poticanju prodaje ove vrste vozila. Međutim, već imate sjajne automobile na vodik kao što su Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT itd.
• nije kompaktan: S obzirom na složenost spremnika vodika i gorivih ćelija, ovi automobili imaju tendenciju da imaju veće dimenzije, tako da ako tražite male alate, možete zaboraviti na to. Barem trenutno, dok se ne postigne veći stupanj zbijenosti. Čak u nekim slučajevima prtljažnik obično nije baš prostran, budući da druge mehaničke komponente zauzimaju dio njegovog prostora. U tom su smislu slični električnima.
• Opasno: Vodik je vrlo hlapljiv i zapaljiv. Iz tog razloga, spremnici vodika moraju biti vrlo otporni i sigurni, izdržati udarce, izbjegavati curenje s dodatnim sigurnosnim sustavima i izdržati visoke pritiske. Sve kako bi vozači i drugi putnici bili sigurni. To dovodi do još jednog izvedenog problema, a to je da gorivne ćelije i spremnici obično imaju ograničeniji vijek trajanja, s obzirom na sigurnosne propise. Trenutačno se procjenjuje da je rok trajanja spremnika vodika 15 godina, nakon čega bi se trebao zamijeniti novim. Što se tiče gorive ćelije, neki proizvođači procjenjuju da bi mogla smanjiti svoju snagu za 15% nakon prijeđenih oko 225.000 km, iako se malo po malo popravljaju u tom pogledu.