Hidrogén, a jövő üzemanyaga?

sok hidrogén autók A hibrid-, gáz- és elektromos autók előtérbe helyezésével a második helyre szorultak vissza. A hidrogén azonban a jövő tüzelőanyaga lehet, és a környezetvédelem szempontjából jóval felülmúlja az elektromos járműveket. Az elektromos autóknak nincs károsanyag-kibocsátása, de akkumulátoraik komoly környezeti kihívást jelentenek a lítium előállítása, újrahasznosítása és hulladékkezelése miatt. A hidrogén azonban az aranytojást tojó liba, ez mind előny...

Mi a hidrogén?

El hidrogén A periódusos rendszer egyik kémiai eleme, amelyre jellemző, hogy a legegyszerűbb, 1-es rendszámú. Nagyon könnyű gáz, tárolható, önmagában nem termel szennyező kibocsátást. Ezekkel a tulajdonságokkal kiválóan alkalmas üzemanyagként való használatra. Ráadásul igen nagy mennyiségben fordul elő a földön, kémiai eljárásokkal könnyen előállítható. A megújuló energia akár ilyen típusú gáz előállítására is használható. Ezért ez is egy módja lehet a megújuló energia beszerzésének.

hidrogén típusok

Létezik egy színnómenklatúra, amely a hidrogént aszerint osztályozza, ahogyan előállították. Fontos tudni a meglévő hidrogéntípusok, Mit:

• Szürke hidrogén: Az ilyen típusú hidrogént fosszilis tüzelőanyagok, például földgáz reformálásával nyerik. Jelenleg ez a legolcsóbb előállítható hidrogén, de a gyártás során CO2 kerül a légkörbe, így nem tiszta módja annak beszerzésének. Ma ez a legolcsóbb és a legtöbbet gyártott.
• kék hidrogén: Ez egy másik fajta hidrogén, amelyet fosszilis tüzelőanyagokból nyernek, de ezúttal olyan technikákkal, amelyek képesek a folyamat során keletkező CO2-kibocsátást felfogni és tárolni úgy, hogy az ne kerüljön a légkörbe, így kisebb a környezetterhelése, mint szürke. Természetesen a gyártás során keletkező károsanyag-kibocsátások nem teljesen megszűnnek, de csökkennek. Az ilyen típusú hidrogén előállítási ára közepes.
• Zöld hidrogén: Ő a legjobb a három közül, és sokat fognak beszélni róla. Ezt a megújuló hidrogént víz elektrolízisével nyerik, így a folyamat során nem keletkezik szennyezés. Ezen túlmenően az elektrolizáló rendszerek táplálása megújuló energiákkal, például szél- vagy napenergiával történik, így fenntartható és teljesen tiszta üzemanyag. Jelenleg azonban kisebb mennyiségben gyártják, mint az előző kettőt, és a legdrágább.

A kihívás az összes többi hidrogén helyettesítése zöld hidrogénnel, mégpedig így szerezze be a megfelelő üzemanyagot.

Hogyan nyerik a hidrogént?

A hidrogén, amint azt az előző részben láttuk, többféle módon állítható elő. De függetlenül a gyártási folyamatban felhasznált energiától, nézzük meg most a hogyan lehet ezt a gázt megszerezni olyan bőséges:

• molekuláris átalakulás: Ezt a technikát egy sor kémiai reakcióval érik el hidrogén előállítására. A legszélesebb körben alkalmazott technikák közé tartozik az olajmezőkről nyert földgáz felhasználása. Magas hőmérsékletű gőzt használnak a szén leválasztására a hidrogénből, amelyből a földgáz készül. Így nyerik egyrészt a dihidrogént, másrészt a szén-dioxidot.
• Elgázosítás: olyan eljárás, amely szénből vagy biomasszából vízgőzzel és tiszta oxigénnel való elgázosítást valósít meg. A reaktorban a szenet vagy a biomasszát nagyon magas hőmérsékleten égetik el. Az égés során gázok szabadulnak fel, amelyek közé tartozik a rendkívül mérgező szén-monoxid (CO) és a dihidrogén.
• víz elektrolízise: Fenntarthatóság és bőség szempontjából is a legjobb módszer a három közül, hiszen a föld nagy része vízből áll. Ezért a tengerek és óceánok vizéből nyerhető. Ehhez egy víztartályt használnak, amelybe elektródákat helyeznek be. Folyamatos elektromos áram alkalmazásával a vízmolekulák (H2O) oxigénre (O2) és hidrogénre (H2) válnak szét. Ha ennek az elektromos áramnak az energiaforrása megújuló energia, például nap- vagy szélenergia, akkor ezt a hidrogént zöldnek mondják.

Hogyan működik a hidrogénmotor (üzemanyagcella)?

Amikor szükségünk van rá hidrogént energiává alakítani, a hidrogéngáz meghatározott tartályokban tárolható, ahonnan az üzemanyagcellába kerül. Ott újra egyesül a levegő oxigénjével (mint ez egy belső égésű motornál történik, amikor levegő lép be a hengerbe, hogy égést idézzen elő), ami energikus reakciót vált ki, és így energia keletkezik. Ily módon semmilyen szennyező gáz nem kerül a légkörbe, mivel az ilyen típusú motorok egyetlen hulladéka a víz. A levegő oxigénjének hidrogénnel való rekombinációja során H2O molekulák keletkeznek. Olyan víz, amely más célokra is felhasználható, beleértve a hidrogén elektrolízissel történő regenerálását.

A hidrogén és az oxigén közötti reakciónak köszönhetően az üzemanyagcellában elektromos áram keletkezik, amely mozgatja a villanymotort, és vezesse a járművet. Vagyis a hidrogénes autók alapvetően elektromosak, bár nem lítium akkumulátorból vagy más környezetszennyező típusból nyerik az energiát, sem pedig a károsanyag-kibocsátású hibrid motorból. Néhány ilyen típusú jármű azonban rendelkezhet akkumulátorral, amely tárolja azt az energiát, amelyet máskor nem használnak fel. Például ha nagy az energiaigény, akkor az üzemanyagcellából származó összes energia elhasználódik, míg ha alacsony, akkor egy része a villanymotorokhoz irányítható, egy része pedig az akkumulátorban tárolható.

Sok ilyen járműnek van egy regeneratív fék, azaz felhalmozza a fékezésből származó elektromos energiát, ezzel segítve a hidrogénfogyasztás csökkentését és a jobb autonómia elérését. És, ahogy korábban említettem, az egyetlen hulladék, ami keletkezik, az a víz, amelyet a kipufogócsövön keresztül fog kiüríteni.

Ami hidrogén üzemanyagcellás jármű alkatrészei, rendelkezik:

• teljesítményvezérlő egység: egy olyan rendszer, amely optimálisan szabályozza az üzemanyagcellában az energia leadását, valamint az akkumulátorok töltését és ennek az elektromos energiának a felhasználását.
• Elektromos motor: Lehet egy vagy több. Ez általában egy állandó mágneses szinkronmotor, amely az üzemanyagcellából vagy az akkumulátorból származó elektromosságot energiává alakítja a jármű meghajtásához.
• üzemanyagcellás feszültség átalakító: az a rendszer, amely képes a hidrogén üzemanyagcella által termelt villamos energiát a motorok megfelelő feszültségének biztosítására adaptálni.
• üzemanyagcellás csoport: Ez a rendszer igazi szíve, az a komponens, amelyben a tartályokból származó hidrogénből és a levegőből származó oxigénből származó kémiai energia elektromos energiává alakul át.
• Akkumulátor: az akkumulátor feladata az üzemanyagcella által termelt és a lassításból visszanyert energia tárolása, valamint nagy igény esetén az üzemanyagcella teljesítményének gyorsításkor történő megerősítése.
• nagynyomású tartályok: a hidrogént biztonságosan kell tárolni nagynyomású tartályokban. Ezen kívül lesznek túlnyomásos szelepek, hidrogénszivárgás esetén figyelmeztető és háromrétegű szerkezet: az egyik üvegszál erősítésű polimerből, egy köztes polimer, a harmadik pedig szénszál erősítésű műanyagból készül. Mindent, hogy ellenálljon a nagyon magas nyomásnak.

üzemanyagcellás működés

Azt mondtuk, hogy a benzintankA hidrogén üzemanyagcellás elektromos jármű (FCEV) az atmoszféra levegőjének hidrogén és oxigén közötti reakciójából elektromos energia előállításáért felelős. Nos, az elektromosság előállításához elektrokémiai reakciókat használnak. Az üzemanyagcellák az elektrolit mindkét oldalán anódot és katódot használnak. Például hidrogént táplálnak az anódba, és egy katalizátort használnak pozitív töltésű ionok előállítására, amelyek az elektroliton keresztül a katódra áramlanak. Eközben a katódon levegőt szívnak be a rendszerbe, és katalizátorral, hidrogénionokkal és elektronokkal egyesülve hőt és vizet termelnek melléktermékként. Ez áramot indukál, ami elektromosságot termel.

Hidrogén jármű vezetési tapasztalata

A gyakorlatban hidrogénüzemű jármű vezetésekor a tapasztalata szinte megegyezik az akkumulátoros elektromos járműével. Vannak azonban apró eltérések, ezek közül sok az idő múlásával csiszolódni fog, amikor a technológia fejlődik, ahogy az elektromos autók esetében is, amelyek sokat változtak az első bemutatott modellektől a jelenlegiekig, annak ellenére, hogy viszonylag fiatal..

Az autóipari mérnökök számára a kihívást a hidrogén üzemanyagcellák jelentik állandó teljesítmény mellett működik a legjobban. Azonban a hagyományos járművek teljesítményigénye, amikor különböző utakon, például városi vagy országúton közlekedik, megköveteli a teljesítmény-leadás megváltoztatását. Valami, amin a mérnökök dolgoznak a lehető legjobb eredmény elérése érdekében.

Például a Toyota Mirainak van egy 90 kW (120 lóerő) névleges teljesítmény. De ez nem elég a nagysebességű autópályás gyorsuláshoz, ezért a Toyota (más HFCV-gyártókhoz hasonlóan) kis kapacitású, nagyfeszültségű akkumulátort ad hozzá, hasonlóan a benzin-elektromos hibrid járművekhez, hogy segítsen elérni azt az extra gyorsulást és teljesítményt, amikor követelte. Ez nem azt jelenti, hogy nagyon erős autókat ne lehetne üzemanyagcellával készíteni, sőt, a Hyperion XP-1 szuperautó egy hidrogén-autó, amely körülbelül 0 másodperc alatt gyorsul 100-2.6 km/h-ra, és eléri a 356 másodperc alatti végsebességet. XNUMX km/h.

A hidrogén, mint üzemanyag előnyei és hátrányai

Végül fontos kiemelni a előnyei és hátrányai amelynek hidrogént kell üzemanyagként használnia a járművekhez:

előny

között a előny A hidrogén üzemanyagként való felhasználásából a következőket kapjuk:

• Nulla kibocsátás: A hidrogénes járművek csak melléktermékként bocsátanak ki vizet. Ezért Ön hozzájárul a környezet védelméhez.
• Gyors tankolás: csak néhány percet vesz igénybe a tankolás, mivel csak a hidrogéntartályokat kell újra feltöltenie, mint a gázolajnál vagy a benzinnél. Semmi köze az elektromos készülékekhez, amelyeket hosszú ideig kell csatlakoztatni ahhoz, hogy teljesen feltöltsék az akkumulátort. Ráadásul egy elektromos autó átlagos költsége körülbelül 8.5 euró 100 km-enként, hasonlóan ahhoz, amit üzemanyagokra, például dízelre vagy benzinre költenek. Ehelyett a hidrogén olcsóbb lehet.
• Megfelel az EU célkitűzéseinek: az EU által a kibocsátás csökkentésére kitűzött célkitűzéseket jobban teljesítik, mint a hidrogénüzemű járművek. Az EU 2030-ra vonatkozó javaslatában a szennyező gázok kibocsátását 35%-kal kívánják csökkenteni, a hidrogén-autó 0-t.
• Minimális karbantartás: Ezek az elektromos motorok minimális, egyszerű és olcsó karbantartást igényelnek, valamint meglehetősen megbízhatóak. Ezért ebben a tekintetben nem kell annyit beruháznia, mint egy belsőégésű motoros járműbe.
• Csendes: Ugyanolyan csendesek, mint az elektromosak, így nem járulnak hozzá a sok városban előforduló zajszennyezéshez.
• Nagyobb autonómia: a hidrogénautók nagyobb autonómiával rendelkeznek, ami nagyon fontos. Míg az elektromos járművek átlagosan 300 km-es hatótávolságot tesznek lehetővé, a hidrogénüzemű járművek ennek több mint dupláját. A közeljövőben akár több mint 2000 km-es autonómiát is elérhetnek.
• Nulla kibocsátás: a DGT Zero Emissions matricával egy fillér fizetése nélkül parkolhat városokban, így városi területeken áthaladva ugyanazokat az előnyöket élvezheti, mint az elektromos autókkal.
• Szélsőséges hőmérsékleteknek ellenáll: A 100%-ban elektromos autókkal ellentétben a hidrogénautók szélsőségesebb hőmérsékleten is működhetnek. Alig lesz észrevehető a jármű teljesítményén vagy autonómiáján, ami az elektromos járműveknél előfordul.

hátrányok

Természetesen a hidrogénes járműveknek is van hátrányai, mint minden. A legkiemelkedőbbek a következők:

• Ár: Mivel ez nem olyan kiforrott technológia, a hidrogénüzemű járművek ára magasabb, mint a hagyományos autók vagy az elektromos autók. Ezért megfontolandó részlet. Azonban hosszú távon megtakaríthatja az üzemanyagot és a műhelyben, mivel megbízhatóak. Ezenkívül el kell mondani, hogy ezeknek az autóknak az ára hajlamos lesz az idő előrehaladtával csökkenni, mivel az üzemanyagcellák és a hidrogéntartályok előállítására szolgáló technológia egyre érettebb lesz, aminek nagyon biztonságosnak kell lennie ahhoz, hogy ellenálljon a nagy nyomásnak és elkerülje a szivárgást. balesetek esetén, amelyek robbanáshoz vezethetnek.
• Néhány pont a tankoláshoz: Mivel jelenleg kisebbségi meghajtási technológia, mint az elektromos autónál, nem sok ponton kell tankolni. Ennek fokozatosan változnia kell. Spanyolországban például egy kéz ujján meg lehet számolni a helyszíneket, hiszen Sevillában, Albacetében, Puertollanóban, Zaragozában, Huescában és Barbastroban mindössze 6 pont van. Más országokban, például Németországban már több ilyen típusú jármű van, és a cél az 500 tankolópont elérése.
• Kis választék a modellekből: Mivel nem annyira elterjedt technológiáról van szó, jelenleg kevés márka és modell közül lehet választani, bár az idő előrehaladtával ez is változni fog, és a gyártók egyre nagyobb méretben gyártják őket. Ráadásul az üzemanyagtöltő helyek vagy a hidrogénhálózat hiánya sem segíti elő az ilyen típusú járművek eladását. Vannak azonban már olyan nagyszerű hidrogénautók, mint a Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT stb.
• nem kompakt: Tekintettel a hidrogéntartályok és az üzemanyagcella összetettségére, ezek az autók általában nagyobb méretűek, így ha kis méretű közműveket keres, ezt el is felejtheti. Legalábbis pillanatnyilag, amíg el nem érjük a nagyobb fokú tömörítést. Még néhány esetben sem túl tágas a csomagtartó, mivel más mechanikai alkatrészek elfoglalják a hely egy részét. Ebben az értelemben hasonlóak az elektromosakhoz.
• Veszélyes: A hidrogén erősen illékony és gyúlékony. Emiatt a hidrogéntartályoknak nagyon ellenállónak és biztonságosnak kell lenniük, ellenállniuk az ütéseknek, elkerülve a szivárgást további biztonsági rendszerekkel, és ellenállniuk kell a nagy nyomásnak. Mindezt a vezetők és a többi utas biztonsága érdekében. Ez egy másik származtatott problémához vezet, mégpedig az, hogy az üzemanyagcella és a tartályok élettartama általában korlátozottabb, tekintettel a biztonsági előírásokra. Jelenleg a becslések szerint egy hidrogéntartály határideje 15 év, ekkor kellene újat cserélni. Ami az üzemanyagcellát illeti, egyes gyártók becslése szerint mintegy 15 225.000 km megtétele után XNUMX%-kal csökkentheti a teljesítményét, bár apránként javulnak ebben a tekintetben.