Hidrogen, bahan bakar masa depan?

Los mobil hidrogen Mereka terdegradasi ke posisi kedua dengan keunggulan mobil hybrid, gas, dan listrik. Namun, hidrogen bisa menjadi bahan bakar masa depan, dengan keunggulan yang jauh lebih unggul daripada kendaraan listrik dalam hal kepedulian terhadap lingkungan. Dan mobil listrik tidak memiliki emisi, tetapi baterainya merupakan tantangan lingkungan yang serius karena produksi litium dan daur ulang serta pengelolaan limbahnya. Namun, hidrogen adalah angsa yang bertelur emas, semuanya merupakan kelebihan...

Apa itu hidrogen?

El hidrogen Ini adalah unsur kimia dari tabel periodik yang ditandai dengan menjadi yang paling sederhana, dengan nomor atom 1. Ini adalah gas yang sangat ringan, dapat disimpan, dan tidak menghasilkan emisi polusi dengan sendirinya. Dengan karakteristik tersebut maka sangat cocok untuk digunakan sebagai bahan bakar. Selain itu, sangat melimpah di bumi, dan dapat dengan mudah diproduksi melalui proses kimia. Energi terbarukan bahkan dapat digunakan untuk menghasilkan gas jenis ini. Oleh karena itu, ini juga bisa menjadi cara untuk mendapatkan energi terbarukan.

jenis hidrogen

Ada nomenklatur warna yang mengklasifikasikan hidrogen menurut cara perolehannya. Penting untuk mengetahui jenis hidrogen yang ada, sebagai:

Hidrogen abu-abu: Jenis hidrogen ini diperoleh dengan mereformasi bahan bakar fosil, seperti gas alam. Ini adalah hidrogen termurah untuk diproduksi saat ini, tetapi CO2 dilepaskan ke atmosfer selama produksi, jadi ini bukan cara yang bersih untuk mendapatkannya. Ini adalah yang termurah dan paling banyak diproduksi saat ini.
hidrogen biru: Ini adalah jenis hidrogen lain yang diperoleh dari bahan bakar fosil, namun kali ini dengan teknik yang mampu menangkap dan menyimpan emisi CO2 yang dihasilkan selama proses tersebut sehingga tidak terlepas ke atmosfer, sehingga memiliki dampak lingkungan yang lebih kecil dibandingkan abu-abu. Tentu saja, emisi selama produksinya tidak sepenuhnya dihilangkan, tetapi dikurangi. Harga produksi hidrogen jenis ini menengah.
Hidrogen hijau: Dia adalah yang terbaik dari ketiganya, dan dia akan banyak dibicarakan. Hidrogen terbarukan ini diperoleh melalui elektrolisis air, sehingga tidak ada polusi yang dihasilkan selama proses berlangsung. Selain itu, untuk memberi makan sistem elektrolisis dilakukan dengan energi terbarukan seperti angin atau matahari, sehingga merupakan bahan bakar yang berkelanjutan dan benar-benar bersih. Namun, saat ini diproduksi dalam jumlah yang lebih kecil dari dua sebelumnya dan merupakan yang paling mahal.

Tantangannya adalah mengganti semua hidrogen lain dengan hidrogen hijau, dan dengan cara ini mendapatkan bahan bakar yang tepat.

Bagaimana hidrogen diperoleh?

Hidrogen, seperti yang telah kita lihat di bagian sebelumnya, dapat diproduksi dengan berbagai cara. Tapi terlepas dari energi yang terlibat dalam proses produksinya, sekarang mari kita lihat cara di mana gas ini dapat diperoleh begitu melimpah:

transformasi molekuler: Teknik ini dicapai dari serangkaian reaksi kimia untuk memperoleh hidrogen. Di antara teknik yang paling banyak digunakan adalah penggunaan gas alam yang diperoleh dari ladang minyak. Uap suhu tinggi digunakan untuk memisahkan karbon dari hidrogen yang menjadi bahan pembuatan gas alam. Beginilah cara dihidrogen diperoleh di satu sisi dan karbon dioksida di sisi lain.
Gasifikasi: adalah metode yang mencapai gasifikasi dengan uap air dan oksigen murni dari batubara atau biomassa. Dalam reaktor, batu bara atau biomassa dibakar pada suhu yang sangat tinggi. Pembakaran ini melepaskan gas di antaranya adalah karbon monoksida (CO) yang sangat beracun dan dihidrogen di sisi lain.
elektrolisis air: Ini adalah metode terbaik dari ketiganya dalam hal keberlanjutan dan juga dalam hal kelimpahan, karena sebagian besar bumi terdiri dari air. Karena itu, bisa didapat dari air laut dan samudra. Untuk ini, tangki air digunakan di mana elektroda dimasukkan. Dengan menerapkan arus listrik terus menerus, molekul air (H2O) dipisahkan menjadi oksigen (O2) dan hidrogen (H2). Ketika sumber daya untuk listrik ini adalah energi terbarukan, seperti matahari atau angin, hidrogen ini dikatakan hijau.

Bagaimana cara kerja mesin hidrogen (sel bahan bakar)?

Saat kita membutuhkan mengubah hidrogen menjadi energi, gas hidrogen dapat disimpan dalam tangki khusus dari mana ia disalurkan ke sel bahan bakar. Di sana ia digabungkan kembali dengan oksigen di udara (seperti yang terjadi pada mesin pembakaran internal ketika udara memasuki silinder untuk menyebabkan pembakaran), yang menghasilkan reaksi energik dan dengan demikian diperoleh energi. Dengan cara ini, tidak ada gas pencemar apapun yang akan dipancarkan ke atmosfir, karena satu-satunya limbah yang dihasilkan oleh mesin jenis ini adalah air. Menggabungkan kembali oksigen di udara dengan hidrogen menciptakan molekul H2O dalam prosesnya. Air yang dapat digunakan untuk keperluan lain, termasuk untuk meregenerasi hidrogen melalui elektrolisis.

Berkat reaksi antara hidrogen dan oksigen dalam sel bahan bakar Anda, listrik dihasilkan untuk menggerakkan sel bahan bakar motor listrik dan menggerakkan kendaraan. Artinya, mobil hidrogen pada dasarnya adalah listrik, meski tidak mendapatkan energinya dari baterai lithium atau jenis lain yang berpolusi, atau dari mesin hibrida yang juga mengeluarkan emisi. Namun, beberapa kendaraan jenis ini dapat memiliki baterai untuk menyimpan energi agar tidak dikonsumsi untuk digunakan di lain waktu. Misalnya, ketika kebutuhan daya tinggi, semua energi yang berasal dari sel bahan bakar dikonsumsi, sedangkan jika rendah, sebagian dapat dialihkan ke motor listrik dan sebagian disimpan di baterai.

Banyak dari kendaraan ini juga memiliki rem regeneratif, yaitu mengakumulasi energi listrik dari pengereman, sehingga membantu mengurangi konsumsi hidrogen dan mencapai otonomi yang lebih baik. Dan, seperti yang saya sebutkan sebelumnya, satu-satunya limbah yang dihasilkan adalah air, yang akan Anda keluarkan melalui pipa knalpot.

Adapun komponen kendaraan sel bahan bakar hidrogen, kami memiliki:

unit kontrol daya: adalah suatu sistem yang secara optimal mengontrol pengiriman daya dalam sel bahan bakar, serta pengisian baterai dan penggunaan energi listrik ini.
Motor listrik: Mungkin ada satu atau lebih. Ini biasanya motor sinkron magnet permanen yang akan mengubah listrik dari sel bahan bakar atau baterai menjadi tenaga untuk menggerakkan kendaraan.
konverter tegangan sel bahan bakar: apakah sistem mampu menyesuaikan listrik yang dihasilkan oleh sel bahan bakar hidrogen untuk mendapatkan tegangan yang memadai untuk motor.
kelompok sel bahan bakar: Ini adalah jantung sebenarnya dari sistem, komponen di mana energi kimia yang berasal dari suplai hidrogen dari tangki dan oksigen dari udara diubah menjadi energi listrik.
Baterai: baterai bertugas menyimpan energi yang dihasilkan oleh sel bahan bakar dan pulih dari perlambatan, serta memperkuat daya sel bahan bakar selama akselerasi jika permintaan tinggi.
tangki bertekanan tinggi: hidrogen harus disimpan dengan aman dalam tangki bertekanan tinggi. Selain itu, akan ada katup tekanan berlebih, peringatan jika terjadi kebocoran hidrogen, dan struktur tiga lapis: satu terbuat dari polimer yang diperkuat fiberglass, polimer perantara, dan yang ketiga terbuat dari plastik yang diperkuat serat karbon. Semuanya untuk menahan tekanan yang sangat tinggi.

pengoperasian sel bahan bakar

Kami telah mengatakan bahwa sel bahan bakar, atau Kendaraan Listrik Sel Bahan Bakar Hidrogen (FCEV), bertanggung jawab untuk menghasilkan energi listrik dari reaksi antara hidrogen dan oksigen dari udara di atmosfer. Nah, untuk menghasilkan listrik itu, digunakan reaksi elektrokimia. Sel bahan bakar akan menggunakan anoda dan katoda di setiap sisi elektrolit. Misalnya, hidrogen diumpankan ke anoda dan katalis digunakan untuk menghasilkan ion bermuatan positif yang mengalir melalui elektrolit ke katoda. Sementara itu, di katoda, udara ditarik ke dalam sistem dan bergabung dengan katalis, ion hidrogen, dan elektron untuk menghasilkan panas dan air sebagai produk sampingan. Ini menginduksi arus, menghasilkan listrik.

Pengalaman mengendarai kendaraan hidrogen

Dalam praktiknya, saat mengendarai kendaraan hidrogen pengalaman hampir identik dengan kendaraan listrik baterai. Namun, ada beberapa perbedaan kecil, banyak di antaranya akan dipoles seiring waktu, ketika teknologi semakin maju, seperti yang terjadi pada mobil listrik, yang telah banyak berubah dari model pertama yang dihadirkan ke model saat ini, meskipun faktanya relatif. muda. .

Tantangan bagi insinyur otomotif adalah sel bahan bakar hidrogen bekerja paling baik dengan daya konstan. Namun, kebutuhan tenaga kendaraan konvensional saat melewati jalan yang berbeda, seperti perkotaan atau jalan raya, membutuhkan perubahan penyaluran tenaga. Sesuatu yang dikerjakan oleh para insinyur untuk memberikan hasil terbaik.

Misalnya Toyota Mirai, memiliki a Daya pengenal 90 kW (120 tenaga kuda).. Tapi itu tidak cukup untuk akselerasi jalan raya berkecepatan tinggi, jadi Toyota (seperti pabrikan HFCV lainnya) menambahkan baterai berkapasitas rendah dan bertegangan tinggi, seperti yang digunakan pada kendaraan hibrida bensin-listrik, untuk membantu mencapai akselerasi dan tenaga ekstra itu saat menuntut. Juga, ini tidak berarti bahwa mobil yang sangat bertenaga tidak dapat dibuat dengan sel bahan bakar, bahkan supercar Hyperion XP-1 adalah mobil hidrogen yang dapat berakselerasi dari 0-100 km/jam dalam waktu sekitar 2.6 detik, dan mencapai kecepatan tertinggi. 356 km/jam.

Keuntungan dan kerugian hidrogen sebagai bahan bakar

Akhirnya, penting untuk menyoroti kelebihan dan kekurangan yang harus menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar kendaraan:

keuntungan

entre las keuntungan Dari penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar kita memiliki:

Nol emisi: kendaraan hidrogen hanya melepaskan air sebagai produk sampingan. Karena itu, Anda berkontribusi pada lingkungan.
Pengisian bahan bakar cepat: hanya perlu beberapa menit untuk mengisi bahan bakar, karena Anda hanya perlu mengisi tangki hidrogen lagi seperti yang Anda lakukan dengan solar atau bensin. Tidak ada hubungannya dengan yang listrik, yang perlu dicolokkan dalam waktu lama untuk mengisi penuh baterainya. Selain itu, biaya rata-rata mobil listrik adalah sekitar €8.5 per 100 km, sama dengan yang dihabiskan untuk bahan bakar seperti diesel atau bensin. Sebaliknya, hidrogen bisa lebih murah.
Memenuhi target UE: tujuan yang ditetapkan oleh UE untuk mengurangi emisi lebih dari sekadar dipenuhi oleh kendaraan hidrogen. Dalam proposal UE untuk tahun 2030 dimaksudkan untuk mengurangi emisi gas pencemar sebesar 35%, dan mobil hidrogen mengeluarkan emisi 0.
Pemeliharaan minimal: Motor listrik ini membutuhkan perawatan yang minimal, sederhana dan murah, serta cukup andal. Oleh karena itu, Anda tidak perlu berinvestasi sebanyak pada kendaraan bermesin pembakaran dalam hal ini.
Diam: Mereka sama tenangnya dengan listrik, jadi tidak akan berkontribusi pada polusi suara yang ada di banyak kota.
Otonomi yang lebih besar: mobil hidrogen memiliki otonomi yang lebih besar, sesuatu yang sangat penting. Sementara kendaraan listrik menawarkan jarak rata-rata 300 km, kendaraan hidrogen dapat mencapai lebih dari dua kali lipat. Mereka bahkan dapat mencapai otonomi lebih dari 2000 km dalam waktu dekat.
Nol Emisi: dengan stiker DGT Zero Emissions anda bisa parkir tanpa bayar sepeser pun di dalam kota, sehingga anda bisa mendapatkan keuntungan yang sama dengan mobil listrik saat berkendara melewati perkotaan.
Menahan suhu ekstrim: Berbeda dengan mobil listrik 100%, mobil hidrogen dapat beroperasi pada temperatur yang lebih ekstrim. Ini hampir tidak akan terlihat pada performa kendaraan atau pada otonominya, sesuatu yang terjadi pada mobil listrik.

kerugian

Tentu saja, kendaraan hidrogen juga punya kekurangannya, seperti semuanya. Yang paling menonjol adalah:

Harga: Karena ini bukan teknologi yang matang, kendaraan hidrogen memiliki harga yang lebih tinggi daripada mobil konvensional atau mobil listrik. Oleh karena itu, ini adalah detail untuk dipertimbangkan. Namun, dalam jangka panjang Anda dapat menghemat bahan bakar dan di bengkel, mengingat betapa andalnya mereka. Selain itu, harus dikatakan bahwa mobil-mobil ini akan cenderung turun harganya seiring berjalannya waktu, karena teknologi untuk membuat sel bahan bakar dan juga untuk tangki hidrogen akan semakin matang, yang pasti sangat aman untuk menahan tekanan tinggi dan menghindari kebocoran. dalam kecelakaan, yang dapat menyebabkan ledakan.
Beberapa poin untuk mengisi bahan bakar: Karena saat ini teknologi penggeraknya minoritas, seperti halnya mobil listrik, tidak banyak titik untuk mengisi bahan bakar. Ini harus berubah secara bertahap. Di Spanyol, misalnya, situs dapat dihitung dengan jari satu tangan, karena hanya ada sekitar 6 titik di Seville, Albacete, Puertollano, Zaragoza, Huesca, dan Barbastro. Negara lain, seperti Jerman, sudah memiliki lebih banyak kendaraan jenis ini, dan menargetkan mencapai hingga 500 titik pengisian bahan bakar.
Sedikit variasi model: Karena ini bukan teknologi yang tersebar luas, saat ini hanya ada sedikit merek dan model yang dapat dipilih, meskipun ini juga akan berubah seiring berjalannya waktu dan pabrikan memproduksinya dalam skala yang lebih besar. Selain itu, minimnya titik pengisian bahan bakar atau jaringan hidrogen tidak membantu mendorong penjualan kendaraan jenis ini. Namun, Anda sudah memiliki mobil hidrogen yang hebat seperti Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT, dll.
tidak kompak: Mengingat kerumitan tangki hidrogen dan sel bahan bakar, mobil ini cenderung memiliki dimensi yang lebih besar, jadi jika Anda mencari utilitas berukuran kecil, Anda bisa melupakannya. Setidaknya untuk saat ini, sampai tingkat pemadatan yang lebih tinggi tercapai. Bahkan dalam beberapa kasus, bagasi biasanya tidak terlalu luas, karena komponen mekanis lainnya menghabiskan sebagian ruangnya. Dalam pengertian ini mereka mirip dengan listrik.
Berbahaya: Hidrogen sangat mudah menguap dan mudah terbakar. Untuk itu, tangki hidrogen harus sangat tahan dan aman, tahan benturan, terhindar dari kebocoran dengan sistem keamanan tambahan, dan tahan terhadap tekanan tinggi. Semua untuk menjaga keselamatan pengemudi dan penumpang lainnya. Hal ini menyebabkan masalah turunan lainnya, yaitu bahwa sel bahan bakar dan tangki biasanya memiliki masa manfaat yang lebih terbatas, mengingat peraturan keselamatan. Saat ini, diperkirakan batas tangki hidrogen adalah 15 tahun, dan pada saat itu harus diganti dengan yang baru. Sedangkan untuk sel bahan bakar, beberapa pabrikan memperkirakan dapat mengurangi tenaganya hingga 15% setelah melakukan penggunaan sekitar 225.000 km, meskipun sedikit demi sedikit mereka meningkatkannya dalam hal ini.

ActualidadMotor