az hidrogén technológia Különféle motortípusok jelentek meg. Egyrészt megvan hidrogén járművek amelyek üzemanyagcellát használnak a keringéshez szükséges energia előállítására, másrészt pedig hidrogénégésű motorjaink vannak. Ez sok kérdést vet fel, de ezek nagyon eltérőek.
Tudnod kell, mik ezek különbségek és működés e két rendkívül eltérő szempont, de ugyanazt az üzemanyagot használják a működéshez...
Hidrogén üzemanyagcellás járművek
sok üzemanyagcellás járművek, más néven FCV vagy FCEV, olyan típusú elektromos járművek, amelyek üzemanyagcellát használnak energiaforrásként, amelyet a motorok meghajtására vagy akkumulátorban való energia tárolására használnak fel, hogy szükség esetén felhasználják.
üzemanyagcellák villamos energiát termelnek általában a levegő oxigénjéből és sűrített hidrogénből tartályokban. Vannak azonban más üzemanyagcellák is, amelyek más elemeket is felhasználhatnak elektromos áram előállítására, de itt csak a hidrogén érdekel.
Ezek a járművek a hidrogéntermelés szennyezőanyagait arra a helyre koncentrálják, ahol a hidrogént előállítják (vagy a hidrogén szállítása és tárolása során, amely a teherautókból és más érintett motorokból is szennyező anyagokat termelhet), ha nem hidrogénről van szó. Vagyis maguk ezek a járművek ne bocsátanak ki semmilyen szennyezőanyagot miközben keringenek.
Minden üzemanyagcella a következőkből áll három alapvető rész:
- Elektrolit: olyan anyag, amely összetételében szabad ionokat tartalmaz, ezért elektromos vezetőként viselkedik.
- Anód: Ez az akkumulátor elektródája vagy kapcsa, amely oxidációs reakciót vált ki, amelyen keresztül elektronokat veszít. Ezért pozitív pólusként viselkedik.
- Katód: Ez az akkumulátor elektródája vagy kapcsa, amely redukciós reakción megy keresztül, azaz olyan reakción megy keresztül, amellyel elektronokat fogad. Ezért negatív pólusként viselkedik.
Ily módon a hidrogén üzemanyagcella Úgy működik, mint egy hagyományos akkumulátor, elektromos energiát termelve a motor táplálására vagy akkumulátorban való tárolására. Míg azonban az akkumulátort fel kell tölteni, az üzemanyagcella üzemanyaggal, jelen esetben hidrogénnel működik.
legnagyobb kihívások
Az egyik legnagyobb kihívások Az ilyen típusú járművekhez nagyon biztonságos tárolótartályokra van szükség, hogy ellenálljanak a nagy nyomásnak, és megakadályozzák a szivárgásokat olyan balesetek esetén, amelyek nagyon heves reakciókat válthatnak ki. Természetesen a tankoló infrastruktúra sem elterjedt, és nehéz hidrogén-utántöltő helyeket találni.
Mindehhez hozzá kell tennünk, hogy az első üzemanyagcellás terveknek a életszolgálat csökkent, bár némi előrelépés történt e tekintetben. Például a polimer elektrolit membrán vagy PEM cellák akár 7300 órát is bírhatnak ciklusos körülmények között.
Másrészt meg kell jegyezni, hogy a hidrogén üzemanyagcellák viszonylag drágák előállítani, mivel drága anyagokat használnak, mint például a platina, amely katalizátorként működik. Továbbá a hidrogént is biztonságosan kell előállítani és tárolni, ami szintén drágítja ezt a technológiát. Szerencsére jelenleg új, nanorészecskéket használó hidrogén üzemanyagcellákat fejlesztenek ki, amelyek sokkal kevesebb platinát és alacsonyabb költségeket igényelnek.
történelem
Az üzemanyagcellás koncepciót először 1801-ben mutatta be Humphry Davy. A találmány azonban annak köszönhető William Grove. Grove kísérletei révén az általa "gáz-voltaikus akkumulátor"-nak nevezett kísérletei során bebizonyították, hogy hidrogéngázból és oxigénből is lehet energiát előállítani. 1842-ben igazolta a hidrogén és oxigén közötti elektrokémiai reakciót platina katalizátoron.
Később a mérnök Francis Thomas Bacon 1939 és 1959 között különféle lúgos tüzelőanyag-cellák létrehozásával fejlesztette Grove munkáját. Az első jármű, amely ezeket az üzemanyagcellákat használta, egy módosított Allis-Chalmers mezőgazdasági traktor volt, amely akár 15 kW teljesítményt is produkált.
La hidegháborús űrverseny az is nagy lökést adott ezeknek az üzemanyagcellás-technológiáknak az űrmissziókban elektromos energia előállítására. Ez áttörést jelentett, többek között Apollo kapszulákban és holdmodulokban is használták.
Ez azonban csak 1966-ban történt meg, amikor a General Motors kifejlesztette az első üzemanyagcellát használó közúti járművet. volt a híres chevrolet elektromos kisteherautó. Ez a jármű PEM üzemanyagcellával rendelkezett, és 193 km-t tudott megtenni 113 km/h végsebességgel. Kétüléses volt, mert több nem fért bele, mert a kamion hátulján két nagy hidrogén- és oxigéntartályban tárolták a szükséges üzemanyagot. Csak egyetlen kisteherautó készült, és az ára is megfizethetetlen volt.
Az 80-as években az üzemanyagcellákat visszahozták az űrrepülőgépekbe, például az űrsiklóba. De az Apollo program lezárása ez arra késztette a NASA üzemanyagcellás szakértőit, hogy magáncégekhez fordultak, ahol folytatták fejlesztéseiket, és a későbbi évtizedekben meghozták gyümölcseiket.
hidrogén égésű jármű
El hidrogén belső égésű motoros járműAz angol rövidítéssel HICEV-nek is nevezett hidrogénüzemű járműtípus, amelyet nem szabad összetéveszteni az üzemanyagcellát használó járművel. Ebben az esetben már nem elektromos járműről beszélünk, hanem olyan belsőégésű motorról, mint a benzin vagy a dízel.
Míg az üzemanyagcellás járművek elektrokémiai reakcióval állítanak elő villamos energiát az elektromos motorok meghajtására, a belső égésű járművek a fosszilis tüzelőanyagokhoz hasonló ciklust alkalmaznak. Valójában ez a hagyományos belső égésű motorok módosítása.
Csak ebben az esetben ahelyett, hogy levegőt használnának oxigén és tüzelőanyag biztosítására az égéshez, hidrogént és oxigént használnak fel a robbanásveszélyes reakció létrehozására, amely megmozgatja a hengerdugattyúkat. A különbség az, hogy e reakció során nem keletkeznek CO2, szénhidrogének vagy egyéb szennyező részecskék a kipufogócsőben, mint a fosszilis tüzelőanyagokban. Ebben az esetben csak víz keletkezik, tehát ezeknek a járműveknek a károsanyag-kibocsátása a nullához közelít.
És okkal nem teljesen nullák, mégpedig az, hogy míg az üzemanyagtartályokban lévő hidrogén tiszta, a levegőben több van benne, mint az oxigén, amint azt jól tudod. Emiatt a levegőben jelen lévő gázok egy része reakcióba léphet hidrogénnel és nitrogén-oxidokat vagy NOx-et bocsátanak ki. Ezek a kibocsátások azonban sokkal kevésbé okoznak problémát, mint a többi üzemanyag esetében.
Szennyező kibocsátás és egyéb problémák
Míg ezek a járművek megvan az az előnye, hogy nem korlátozzák a ciklusok, például az üzemanyagcellaAz egyéb nagy előnyök mellett továbbra is ugyanaz a hidrogén-előállítási és -tárolási problémájuk van, mint az üzemanyagcellás rendszereknek. Ki kell emelni, hogy mik ezeknek a járműveknek a károsanyag-kibocsátása.
Nos, a hidrogén elégetése oxigénnel egyedüli termékként vízgőzt termel, amely az üvegházhatású gázok közé tartozik, azonban tárolásra felfogható és lehűtve vízként cseppfolyósítható.
2H 2 + VAGY 2 → 2 óra 2 O
Ehelyett, ahogy mondtuk, a levegőben több van az oxigénnél. Innen ered a probléma, hiszen a hidrogén és a nitrogén kombinálásával előállítható az általam fentebb említett híres NOx. Éppen ezért nem nevezhetők nulla kibocsátásnak. Vagyis a kémiai reakció képlete a valóságban inkább így nézne ki:
H 2 + VAGY 2 +N 2 →H 2 O + NEM x
Azt viszont figyelembe kell venni, hogy a motorok nem tökéletesek, ill némi kenőanyag kerülhet az égéstérbe ahogy ez a benzin- vagy dízelmotoroknál is előfordul. Ebben az esetben a kipufogógázok olajat vagy az égésből származó olaj melléktermékeket is tartalmazhatnak.
Ezenkívül, amint azt e szakasz első bekezdésében jeleztem, a a hidrogén újabb problémát jelent, és ez az Ön biztonságos tárolóhelye. Ne feledje, hogy a hidrogén könnyen meggyullad más üzemanyagokhoz képest. Ezért, ha a hidrogéngáz kiszabadul, vagy baleset történik, amikor levegővel érintkezik, nagyon erős robbanásveszélyes reakció megy végbe.
Meglévő motorok felújítása
az különbségek A hagyományos ICE-motorok és a benzin- vagy dízelmotorok különösen az alábbi szempontokra összpontosítanak:
- Szelepek és szelepülékek edzettek.
- Erősebb hajtórudak, mint a hagyományos motorokban.
- Az üzemanyag-motorok keverékének levegő/üzemanyag aránya 29% hidrogén és 71% levegő, így a teljesítmény akár 15%-kal több lehet, mint a benzinmotoroké, vagy 15%-kal kevesebb, típustól függően.
- A levegőt és az üzemanyagot (hidrogén) az ilyen típusú motorokban korábban nem keverik össze, hanem az égésteret csak levegővel töltik fel, majd abba fecskendezik be a hidrogént. Ellenkező esetben a robbanás a hengeren kívül történne.
- Gyújtógyertyák nem platina heggyel.
- Magasabb feszültségű gyújtótekercs.
- Üzemanyag-befecskendezők, amelyeket folyadék helyett gázhoz kell igazítani.
- Nagyobb főtengely lengéscsillapító.
- Erősebb fejtömítés.
- Módosított szívócső a kompresszorhoz.
- Pozitív nyomású feltöltő.
- Magas hőmérsékletű motorolaj.
Vagyis úgy, hogy ezeket csinálod a hagyományos benzinmotor módosításai Tökéletesen adaptálható hidrogénüzemre, ami további nagy előny, hogy ki tudja használni az ilyen típusú motorokhoz kifejlesztett jelenlegi technológiát, vagy a klasszikus motorokat úgy módosítani, hogy környezetbarátabb üzemanyaggal tudjon működni.
történelem
A hidrogén belső égésű motorokat először 1806-ban tervezte Francois Isaac de Rivaz. Az elsőt De Rivaz motorként ismerték, amely hidrogén és oxigén keverékét használta a működéshez. Később, 1863-ban Étienne Lenoir egy másik hidrogénjármű, a Hippomobile is elkészítette.
1970-ben egy másik fontos esemény is történt, mégpedig az, hogy Paul Dieges szabadalmaztatta ennek módját módosítani a benzines belső égésű motorokat hidrogénnel működni. Ugyanezen a napon, amióta a Tokiói Egyetem jelentőséget tulajdonított ezeknek a motoroknak, és elkezdte az ezekhez a motorokhoz kapcsolódó technológiák fejlesztését, valamint a jövő járműveit, autóit, teherautóit, repülőgépeit, hajóit stb.
Mint jól tudod, a Japán Mazda gyártó kifejlesztett egy Wankel-típusú motort, amely hidrogént használt üzemanyagként. Ennek a Wankel ICE-nek az az előnye, hogy a motorhoz szükséges módosítások sokkal kisebbek, mint a többi alternatív ICE-nél. Más japán gyártók is csatlakoztak a hidrogénautókhoz, nagy fogadásban, mint a Toyota esetében.
2005 és 2007 között Európában is történt egy fontos lépés, amikor a BMW tesztelte első hidrogénnel működő luxusautóját. Minden a modellről szól BMW Hydrogen 7, amely 301 km/h végsebességet tudott elérni, tágasabb volt, mint a korábbi koncepciók, és nagy hatótávolságú volt. Innentől más európai iparágak is ezt kezdték ipari és polgári járműveikkel.
A hidrogénmotorok előnyei és hátrányai
Természetesen a hidrogén üzemanyagként való használata igen előnyei és hátrányai Mit fogunk itt látni:
előny
- Ha a hidrogén zöld, akkor nagyon tiszta és környezetbarát tüzelőanyag lehet, mivel a károsanyag-kibocsátás nulla, vagy szinte elhanyagolható, és a reakció után keletkező termékek egyike a H2O vagy víz.
- Ezek hatékonyabb technológiájú motorok. A közel 200 éves fejlesztés során ennek a motornak sikerült elérnie maximális teljesítményét és optimalizálását, 80%-os hatásfokkal. Vagyis a hidrogén 80%-át vonóerő előállítására használják fel. Míg a fosszilis tüzelésű motoroknál ez a hatásfok sok esetben 20 és 40% között változhat.
- Nehéz szállításhoz is használható, mint például hajók, vonatok stb.
hátrányok
- Ha szürke hidrogén, akkor a termelés során szennyeződik. Sajnos a jelenlegi hidrogén nagy százaléka szürke, mivel fosszilis tüzelőanyagok vagy gáz elégetésével a legolcsóbb előállítani. Létezik azonban kék hidrogén és zöld hidrogén is, a zöld az, amelyet nulla károsanyag-kibocsátással állítanak elő, mivel megújuló energiát használnak a termeléshez, és ez a jövő.
- Kezelése veszélyes gáz. Mind a tárolása, mind a szállítása veszélyes. Olyan tankokra van szükség, amelyek ellenállnak a nagy nyomásnak és ellenállnak a baleseteknek, mert különben nagyon heves reakciók lépnek fel a levegővel érintkezve, ami véget vethet a legénység életének.
- Nincs nagy infrastruktúra a hidrogén tankolására, sem a konnektorról tölthető elektromosak számára. Ebben az értelemben tovább kell menniük, hogy utolérjék a meglévő benzinkutakat.