Dengan teknologi hidrogen Berbagai jenis mesin bermunculan. Di satu sisi kita punya kendaraan hidrogen yang menggunakan sel bahan bakar untuk menghasilkan energi yang diperlukan untuk bersirkulasi dan di sisi lain kita memiliki mesin pembakaran hidrogen. Ini menimbulkan banyak pertanyaan, tetapi mereka sangat berbeda.
Anda harus tahu apa ini perbedaan dan operasi dari dua aspek yang sangat berbeda ini, tetapi menggunakan bahan bakar yang sama untuk berfungsi...
kendaraan sel bahan bakar hidrogen
Los kendaraan sel bahan bakar, juga dikenal sebagai FCV atau FCEV, adalah jenis kendaraan listrik yang menggunakan sel bahan bakar sebagai sumber energi yang digunakan untuk menggerakkan mesinnya atau menyimpan energi dalam baterai untuk digunakan saat diperlukan.
sel bahan bakar menghasilkan listrik umumnya menggunakan oksigen dari udara dan hidrogen terkompresi dalam tank. Namun, ada sel bahan bakar lain yang dapat menggunakan elemen lain untuk menghasilkan listrik, tetapi di sini kita hanya tertarik pada hidrogen.
Kendaraan ini memusatkan polutan produksi hidrogen di lokasi produksi hidrogen (atau selama pengangkutan dan penyimpanan hidrogen, yang juga dapat menghasilkan polutan dari truk dan mesin lain yang terlibat), jika bukan hidrogen.hijau. Artinya, kendaraan ini sendiri tidak memancarkan jenis polutan apa pun sementara mereka beredar.
Semua sel bahan bakar terdiri dari tiga bagian mendasar:
- Elektrolit: adalah zat yang mengandung ion bebas dalam komposisinya, menyebabkannya berperilaku sebagai penghantar listrik.
- Anoda: Ini adalah elektroda atau terminal baterai yang menghasilkan reaksi oksidasi di mana ia kehilangan elektron. Oleh karena itu, ia berperilaku sebagai kutub positif.
- Katoda: Ini adalah elektroda atau terminal baterai yang mengalami reaksi reduksi, yaitu reaksi yang menerima elektron. Oleh karena itu, ia berperilaku sebagai kutub negatif.
Dengan cara ini, a sel bahan bakar hidrogen Ia bekerja seperti baterai konvensional, menghasilkan energi listrik untuk menggerakkan motor atau menyimpannya dalam baterai. Namun, saat baterai perlu diisi ulang, sel bahan bakar akan ditenagai oleh bahan bakar, dalam hal ini hidrogen.
tantangan terbesar
Salah satu tantangan terbesar Muka kendaraan jenis ini adalah fakta membutuhkan tangki penyimpanan yang sangat aman untuk menahan tekanan tinggi dan mencegah kebocoran jika terjadi kecelakaan yang dapat menimbulkan reaksi yang sangat keras. Tentunya infrastruktur pengisian bahan bakar juga belum tersebar luas, dan sulit menemukan titik pengisian bahan bakar hidrogen.
Untuk semua ini kita harus menambahkan bahwa desain sel bahan bakar pertama memiliki a layanan hidup berkurang, meskipun beberapa kemajuan telah dibuat dalam hal ini. Misalnya, sel membran elektrolit polimer, atau PEM, dapat bertahan hingga 7300 jam dalam kondisi siklus.
Di sisi lain, perlu dicatat bahwa sel bahan bakar hidrogen mereka relatif mahal untuk memproduksi, karena bahan mahal digunakan, seperti platinum, yang berfungsi sebagai katalis. Selain itu, hidrogen juga perlu diproduksi dan disimpan dengan aman, yang juga membuat teknologi ini menjadi lebih mahal. Untungnya, sel bahan bakar hidrogen baru yang menggunakan partikel nano saat ini sedang dikembangkan, membutuhkan lebih sedikit platinum dan biaya lebih rendah.
sejarah
Konsep sel bahan bakar adalah fenomena yang pertama kali didemonstrasikan pada tahun 1801 oleh Humphry Davy. Namun, penemuan itu disebabkan oleh William Grove. Melalui percobaan Grove tentang apa yang disebutnya "baterai volta gas", mereka menunjukkan bahwa menghasilkan tenaga dari gas hidrogen dan oksigen adalah mungkin. Pada tahun 1842 ia membuktikan reaksi elektrokimia antara hidrogen dan oksigen melalui katalis platinum.
Nanti insinyur Fransiskus Thomas Bacon dia menyempurnakan pekerjaan Grove dengan membuat berbagai sel bahan bakar alkalin antara tahun 1939 dan 1959. Kendaraan pertama yang menggunakan sel bahan bakar ini adalah traktor pertanian Allis-Chalmers yang dimodifikasi pada waktu itu, menghasilkan tenaga hingga 15 kW.
La ras ruang perang dingin itu juga merupakan dorongan besar bagi teknologi sel bahan bakar ini untuk digunakan dalam misi luar angkasa untuk menghasilkan tenaga listrik. Ini adalah terobosan, antara lain dengan menggunakannya dalam kapsul Apollo dan modul bulan.
Namun, baru pada tahun 1966, General Motors mengembangkan kendaraan jalan raya pertama yang menggunakan sel bahan bakar. adalah yang terkenal mobil listrik chevrolet. Kendaraan ini memiliki sel bahan bakar PEM dan dapat menempuh jarak hingga 193 km dengan kecepatan tertinggi 113 km/jam. Itu adalah dua tempat duduk, karena tidak ada ruang untuk lebih banyak, karena bahan bakar yang diperlukan disimpan dalam dua tangki hidrogen dan oksigen besar yang menempati bagian belakang truk. Hanya satu van yang dibangun, dan harganya mahal.
Pada 80-an, sel bahan bakar dibawa kembali untuk aplikasi luar angkasa, seperti yang termasuk dalam Space Shuttle. Tetapi penutupan Program Apollo itu menyebabkan banyak ahli sel bahan bakar NASA pergi ke perusahaan swasta, di mana mereka melanjutkan perkembangan mereka untuk menghasilkan beberapa hasil di dekade berikutnya.
kendaraan berbahan bakar hidrogen
El kendaraan mesin pembakaran internal hidrogen, juga disebut HICEV dengan akronimnya dalam bahasa Inggris, adalah jenis kendaraan hidrogen yang tidak boleh disamakan dengan kendaraan yang menggunakan sel bahan bakar. Dalam hal ini kita tidak lagi berbicara tentang kendaraan listrik, melainkan mesin pembakaran seperti bensin atau solar.
Sementara kendaraan sel bahan bakar menggunakan reaksi elektrokimia untuk menghasilkan listrik untuk menggerakkan motor listrik, kendaraan pembakaran menggunakan siklus yang mirip dengan bahan bakar fosil. Padahal, itu adalah modifikasi dari mesin pembakaran internal konvensional.
Hanya saja, dalam hal ini, alih-alih menggunakan udara untuk menyediakan oksigen dan bahan bakar untuk pembakaran, hidrogen dan oksigen digunakan untuk menghasilkan reaksi eksplosif yang akan menggerakkan piston silinder. Perbedaannya adalah selama reaksi ini, CO2, hidrokarbon, atau partikel pencemar lainnya tidak diproduksi di pipa knalpot, seperti pada bahan bakar fosil. Dalam hal ini, hanya air yang dihasilkan, jadi emisi dari kendaraan ini mendekati nol.
Dan mereka tidak sepenuhnya nol karena suatu alasan, dan itu adalah, sementara hidrogen dalam tangki bahan bakar murni, dalam kasus udara, ia memiliki sesuatu yang lebih dari oksigen, seperti yang Anda ketahui. Karena alasan ini, beberapa gas yang ada di udara dapat bereaksi dengan hidrogen dan memancarkan nitrogen oksida atau NOx. Namun, emisi ini jauh lebih tidak bermasalah dibandingkan dengan bahan bakar lainnya.
Emisi polusi dan masalah lainnya
Sementara kendaraan ini memiliki keuntungan karena tidak dibatasi oleh siklus seperti sel bahan bakarSelain keuntungan besar lainnya, mereka terus memiliki masalah produksi dan penyimpanan hidrogen yang sama dengan sistem sel bahan bakar. Penting untuk menyoroti apa emisi kendaraan ini.
Nah, pembakaran hidrogen dengan oksigen menghasilkan uap air sebagai satu-satunya produk, yang merupakan salah satu gas rumah kaca, bagaimanapun, dapat ditangkap untuk disimpan dan dicairkan menjadi air ketika didinginkan.
2H 2 + ATAU 2 → 2 jam 2 O
Sebaliknya, seperti yang telah kami katakan, udara memiliki sesuatu yang lebih dari oksigen. Di sinilah masalahnya berasal, karena dengan menggabungkan hidrogen dan nitrogen, NOx terkenal yang telah saya sebutkan di atas dapat diproduksi. Itu sebabnya mereka tidak bisa disebut nol emisi. Artinya, rumus reaksi kimianya akan terlihat lebih seperti ini pada kenyataannya:
H 2 + ATAU 2 + N 2 →H 2 O + TIDAK x
Di sisi lain, harus diperhatikan bahwa mesin tidak sempurna, dan beberapa pelumas bisa masuk ke ruang bakar seperti yang juga terjadi pada mesin bensin atau diesel. Dalam hal ini, gas buang juga dapat mengandung minyak atau produk sampingan minyak akibat pembakaran.
Selain itu, seperti yang saya tunjukkan di paragraf pertama bagian ini, the hidrogen menyajikan masalah lain, dan ini adalah penyimpanan aman Anda. Perlu diingat bahwa hidrogen mudah terbakar dibandingkan dengan bahan bakar lainnya. Oleh karena itu, jika gas hidrogen keluar atau terjadi kecelakaan, ketika bersentuhan dengan udara, reaksi ledakan yang sangat kuat akan terjadi.
Retrofit mesin yang ada
itu perbedaan mesin ICE konvensional dan mesin bensin atau diesel secara khusus difokuskan pada aspek-aspek seperti:
- Katup dan dudukan katup mengeras.
- Batang penghubung yang lebih kuat daripada mesin tradisional.
- Campuran mesin bahan bakar akan memiliki rasio udara/bahan bakar 29% hidrogen dan 71% udara, menghasilkan tenaga hingga 15% lebih banyak daripada mesin bensin, atau 15% lebih sedikit, tergantung jenisnya. .
- Udara dan bahan bakar (hidrogen), pada mesin jenis ini tidak dicampur sebelumnya, tetapi ruang bakar hanya akan diisi dengan udara dan kemudian hidrogen akan diinjeksikan ke dalamnya. Kalau tidak, ledakan akan terjadi di luar silinder.
- Busi dengan tip non-platinum.
- Koil pengapian tegangan lebih tinggi.
- Injektor bahan bakar yang harus disesuaikan dengan gas, bukan cairan.
- Peredam poros engkol lebih besar.
- Paking kepala lebih kuat.
- Modifikasi intake manifold untuk supercharger.
- Supercharger tekanan positif.
- Oli mesin suhu tinggi.
Yaitu, dengan melakukan ini modifikasi mesin bensin konvensional Ini dapat diadaptasi dengan sempurna untuk berjalan dengan hidrogen, yang merupakan keuntungan besar lainnya, dapat memanfaatkan teknologi saat ini yang dikembangkan untuk jenis mesin ini atau untuk memodifikasi mesin klasik sehingga dapat berjalan dengan bahan bakar yang lebih ramah lingkungan.
sejarah
Mesin pembakaran internal hidrogen pertama kali dirancang pada tahun 1806 oleh François Isaac de Rivaz. Yang pertama dikenal sebagai mesin De Rivaz, yang menggunakan campuran hidrogen dan oksigen untuk bekerja. Belakangan, pada tahun 1863, Étienne Lenoir juga memproduksi Hippomobile, kendaraan hidrogen lainnya.
Pada tahun 1970 peristiwa penting lainnya juga terjadi, yaitu Paul Dieges mematenkan caranya memodifikasi mesin pembakaran internal bensin berjalan dengan hidrogen. Tanggal yang sama sejak Universitas Tokyo memberi arti penting pada mesin ini dan mulai mengembangkan teknologi yang berkaitan dengan mesin ini dan menggerakkan kendaraan masa depan, baik mobil, truk, pesawat, kapal, dll.
Seperti yang Anda ketahui, Pabrikan Jepang Mazda mengembangkan mesin tipe Wankel yang menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar. Keuntungan menggunakan ICE Wankel ini adalah modifikasi yang dibutuhkan mesin ini jauh lebih sedikit dibandingkan dengan yang dibutuhkan oleh ICE alternatif lainnya. Pabrikan Jepang lainnya juga bergabung dengan mobil hidrogen, bertaruh besar, seperti halnya Toyota.
Antara 2005 dan 2007, di Eropa juga ada langkah penting, saat BMW menguji mobil mewah pertamanya yang menggunakan hidrogen. Ini semua tentang modelnya BMW Hidrogen 7, yang dapat mencapai kecepatan tertinggi 301 km/jam, lebih lapang dari konsep sebelumnya, dan memiliki jangkauan yang jauh. Dari sini, industri Eropa lainnya mulai melakukan hal yang sama dengan kendaraan industri dan sipilnya.
Keuntungan dan kerugian dari mesin hidrogen
Tentu saja, menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar memiliki kelebihan dan kekurangannya Apa yang akan kita lihat di sini:
keuntungan
- Jika hidrogen berwarna hijau, itu bisa menjadi bahan bakar yang sangat bersih dan ramah lingkungan, karena emisi nol atau hampir dapat diabaikan, dan salah satu produk yang dihasilkan setelah reaksi adalah H2O atau air.
- Mereka adalah mesin dengan teknologi yang lebih efisien. Dalam hampir 200 tahun pengembangannya, motor ini telah berhasil mencapai performa dan optimalisasi maksimalnya, dengan efisiensi 80%. Artinya, 80% hidrogen digunakan untuk menghasilkan traksi. Sedangkan pada mesin berbahan bakar fosil efisiensi ini dapat bervariasi antara 20 dan 40% dalam banyak kasus.
- Dapat juga digunakan untuk alat transportasi berat seperti kapal, kereta api, dll.
kerugian
- Jika itu adalah hidrogen abu-abu, itu mencemari produksinya. Sayangnya, sebagian besar hidrogen saat ini berwarna abu-abu, karena merupakan yang termurah untuk diproduksi melalui pembakaran bahan bakar fosil atau gas. Namun, ada juga hidrogen biru dan hidrogen hijau, hidrogen hijau yang diproduksi dengan nol emisi, karena menggunakan energi terbarukan untuk produksinya dan merupakan masa depan.
- Ini adalah gas yang berbahaya untuk ditangani. Baik penyimpanan maupun pengangkutannya berbahaya. Anda membutuhkan tangki yang dapat menahan tekanan tinggi dan dapat menahan kecelakaan, karena jika tidak, reaksi yang sangat keras akan terjadi saat bersentuhan dengan udara yang dapat mengakhiri nyawa kru.
- Tidak ada infrastruktur yang bagus untuk mengisi bahan bakar hidrogen, juga tidak ada infrastruktur untuk plug-in listrik. Dalam hal ini, mereka harus melangkah lebih jauh untuk mengejar SPBU yang ada.