מימן, הדלק של העתיד?

ل מכוניות מימן הם נדחו למקום השני עם הבולטות של מכוניות היברידיות, גז וחשמליות. עם זאת, מימן עשוי להיות הדלק של העתיד, עם יתרונות עדיפים בהרבה על כלי רכב חשמליים מבחינת כבוד לסביבה. וזה שלמכוניות חשמליות אין פליטות, אבל הסוללות שלהן מייצגות אתגר סביבתי רציני בשל ייצור הליתיום ומחזורו וניהול הפסולת שלו. עם זאת, מימן הוא האווז שמטיל את ביצי הזהב, כולם יתרונות...

מהו מימן?

El מֵימָן זהו יסוד כימי בטבלה המחזורית המתאפיין בכך שהוא הפשוט מכולם, עם מספר אטומי 1. זהו גז קל מאוד, ניתן לאחסן אותו, והוא אינו מייצר פליטות מזהמות בעצמו. עם מאפיינים אלה הוא מועמד מושלם לשימוש כדלק. בנוסף, הוא מצוי בשפע מאוד על פני כדור הארץ, וניתן לייצר אותו בקלות בתהליכים כימיים. אנרגיה מתחדשת יכולה לשמש אפילו להפקת סוג זה של גז. לכן, זה יכול להיות גם דרך להשיג אנרגיה מתחדשת.

סוגי מימן

ישנו מינוח צבע שמסווג מימן לפי הדרך שבה הוא הושג. חשוב לדעת את סוגים קיימים של מימן, מה:

• מימן אפור: סוג זה של מימן מתקבל על ידי רפורמה של דלקים מאובנים, כגון גז טבעי. זהו המימן הזול ביותר להפקה כרגע, אבל CO2 נפלט לאטמוספירה במהלך הייצור, כך שזו לא דרך נקייה להשיג אותו. זה הכי זול והכי מיוצר כיום.
• מימן כחול: זהו סוג אחר של מימן המתקבל מדלקים מאובנים, אבל הפעם עם טכניקות שמסוגלות ללכוד ולאגור את פליטת ה-CO2 שנוצרת במהלך התהליך כך שלא ישוחררו לאטמוספירה, כך שיש לה פחות השפעה סביבתית מאשר אפור. כמובן שהפליטות במהלך ייצורו אינן מבוטלות לחלוטין, אך הן מצטמצמות. מחיר הייצור של מימן מסוג זה הוא ביניים.
• מימן ירוק: הוא הטוב מבין השלושה, והולכים לדבר עליו הרבה. מימן מתחדש זה מתקבל באמצעות אלקטרוליזה של מים, כך שלא נוצר זיהום במהלך התהליך. בנוסף, כדי להזין את מערכות האלקטרוליזה זה נעשה באנרגיות מתחדשות כמו רוח או שמש, כך שזהו דלק בר קיימא ונקי לחלוטין. עם זאת, הוא מיוצר כיום בכמויות קטנות יותר מהשניים הקודמים והוא היקר ביותר.

האתגר הוא להחליף את כל שאר המימנים במימן ירוק, ובדרך זו להשיג את הדלק המתאים.

כיצד מתקבל מימן?

מימן, כפי שראינו בסעיף הקודם, ניתן להפקה בדרכים שונות. אבל ללא קשר לאנרגיה הכרוכה בתהליך הייצור שלו, בואו נסתכל כעת על דרכים שבהן ניתן להשיג את הגז הזה כל כך שופע:

• טרנספורמציה מולקולרית: טכניקה זו מושגת מסדרה של תגובות כימיות להשגת מימן. בין הטכניקות הנפוצות ביותר הוא השימוש בגז טבעי המתקבל משדות נפט. קיטור בטמפרטורה גבוהה משמש לניתוק הפחמן מהמימן ממנו עשוי הגז הטבעי. כך מתקבל דימימן מחד ופחמן דו חמצני מאידך.
• גזיפיקציה: היא שיטה המשיגה גיזוז באדי מים וחמצן טהור מפחם או ביומסה. בכור שורפים פחם או ביומסה בטמפרטורות גבוהות מאוד. בעירה זו משחררים גזים שביניהם הפחמן חד חמצני הרעיל ביותר (CO) ודימימן מאידך.
• אלקטרוליזה של מים: זוהי השיטה הטובה מבין השלושה מבחינת קיימות וגם מבחינת שפע, שכן רוב כדור הארץ מורכב ממים. לכן, ניתן היה להשיג אותו ממי הימים והאוקיינוסים. לשם כך, מיכל מים משמש שבו אלקטרודות מוכנסות. על ידי הפעלת זרם חשמלי מתמשך, מולקולות המים (H2O) מופרדות לחמצן (O2) ומימן (H2). כאשר מקור הכוח לחשמל זה הוא אנרגיה מתחדשת, כגון שמש או רוח, מימן זה נחשב ירוק.

כיצד פועל מנוע מימן (תא דלק)?

כשאנחנו צריכים להפוך מימן לאנרגיה, ניתן לאחסן גז מימן במיכלים ספציפיים מהמקום שבו הוא מועבר לתא דלק. שם הוא משולב שוב עם החמצן באוויר (כפי שקורה במנוע בעירה פנימית כאשר אוויר נכנס לצילינדר כדי לגרום לבעירה), מה שיוצר תגובה אנרגטית וכך מתקבלת אנרגיה. בדרך זו לא ייפלטו לאטמוספירה גזים מזהמים מכל סוג שהוא, שכן הפסולת היחידה שנוצרת ממנוע מסוג זה היא מים. שילוב של חמצן באוויר עם מימן יוצר מולקולות H2O בתהליך. מים שניתן להשתמש בהם למטרות אחרות, כולל לחידוש מימן באמצעות אלקטרוליזה.

הודות לתגובה זו בין מימן וחמצן בתא הדלק שלך, חשמל נוצר כדי להזיז את מנוע חשמלי ולהניע את הרכב. כלומר, מכוניות מימן הן חשמליות במהותן, למרות שהן לא מקבלות את האנרגיה שלהן מסוללת ליתיום או סוג אחר שמזהם, וגם לא ממנוע היברידי שיש לו גם פליטות. עם זאת, בחלק מכלי רכב מסוג זה יכול להיות מצבר לאגירת האנרגיה שאינה נצרך לשימוש במועד אחר. לדוגמא, כאשר דרישת החשמל גבוהה, כל האנרגיה שמגיעה מתא הדלק נצרכת, ואילו אם היא נמוכה, ניתן להפנות חלק למנועים החשמליים וחלק לאגור במצבר.

לרבים מהרכבים הללו יש גם א בלם רגנרטיבי, כלומר, לצבור אנרגיה חשמלית מהבלימה, ובכך לעזור להפחית את צריכת המימן ולהשיג אוטונומיה טובה יותר. וכפי שציינתי קודם, הפסולת היחידה שנוצרת היא מים, אותם תוציא דרך צינור הפליטה שלך.

באשר רכיבים של רכב תאי דלק מימן, יש:

• יחידת בקרת כוח: היא מערכת השולטת בצורה אופטימלית באספקת הכוח בתא הדלק, כמו גם את טעינת הסוללות והשימוש באנרגיה חשמלית זו.
• מנוע חשמלי: ייתכן שיש אחד או יותר. לרוב מדובר במנוע סינכרוני מגנט קבוע שימיר חשמל מתא הדלק או המצבר לחשמל כדי להניע את הרכב.
• ממיר מתח תאי דלק: האם המערכת מסוגלת להתאים את החשמל שנוצר על ידי תא הדלק המימן כדי להשיג את המתח המתאים למנועים.
• קבוצת תאי דלק: זהו הלב האמיתי של המערכת, המרכיב בו הופכת האנרגיה הכימית המגיעה מאספקת המימן מהמיכלים והחמצן מהאוויר לאנרגיה חשמלית.
• סוללה: הסוללה אחראית על אחסון האנרגיה שנוצרת על ידי תא הדלק וזו המתאוששת מההאטה, וכן על חיזוק כוחו של תא הדלק בזמן האצה במקרים של ביקוש גבוה.
• מיכלי לחץ גבוה: מימן חייב להיות מאוחסן בבטחה במיכלי לחץ גבוה. בנוסף, יהיו שסתומי לחץ יתר, אזהרה במקרה של דליפת מימן ומבנה תלת שכבתי: אחד מפולימר מחוזק בפיברגלס, פולימר ביניים והשלישי מפלסטיק מחוזק בסיבי פחמן. הכל כדי לעמוד בלחצים גבוהים מאוד.

פעולת תאי דלק

אמרנו שה תא דלק, או מימן Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV), אחראי על יצירת אנרגיה חשמלית מהתגובה בין מימן וחמצן מהאוויר באטמוספרה. ובכן, על מנת לייצר את החשמל הזה, משתמשים בתגובות אלקטרוכימיות. תאי דלק ישתמשו באנודה ובקתודה בכל צד של האלקטרוליט. לדוגמה, מימן מוזן לאנודה ובזרז נעשה שימוש ליצירת יונים טעונים חיובית הזורמים דרך האלקטרוליט אל הקתודה. בינתיים, בקתודה, אוויר נשאב לתוך המערכת ומתחבר עם זרז, יוני מימן ואלקטרונים כדי לייצר חום ומים כתוצרי לוואי. זה משרה זרם, מייצר חשמל.

ניסיון בנהיגה ברכב מימן

בפועל, בעת נהיגה ברכב מימן הניסיון כמעט זהה לזה של רכב חשמלי סוללה. עם זאת, ישנם כמה הבדלים קלים, רבים מהם ישתכללו עם הזמן, כאשר הטכנולוגיה תתקדם, כפי שהתרחשה גם במכוניות חשמליות, אשר השתנו רבות מהדגמים הראשונים שהוצגו ועד הדגמים הנוכחיים, למרות העובדה שהם צעיר יחסית..

האתגר של מהנדסי רכב הוא תאי דלק מימן לעבוד הכי טוב עם כוח קבוע. עם זאת, דרישות הכוח של רכב קונבנציונלי בעת נסיעה בכבישים שונים, כגון עירוני או כביש מהיר, דורשים שינויים באספקת הכוח. משהו שמהנדסים עובדים עליו כדי לספק את התוצאות הטובות ביותר האפשריות.

לדוגמה, לטויוטה מיראי, יש א הספק נקוב של 90 קילוואט (120 כוחות סוס).. אבל זה לא מספיק להאצת כביש מהיר, אז טויוטה (כמו יצרני HFCV אחרים) מוסיפה סוללה בעלת קיבולת נמוכה ומתח גבוהה, בדומה לאלו המשמשות ברכבים היברידיים בנזין-חשמליים, כדי לעזור להשיג את התאוצה והכוח הנוספים כאשר דרש. כמו כן, זה לא אומר שלא ניתן לייצר מכוניות חזקות מאוד עם תאי דלק, למעשה, מכונית העל Hyperion XP-1 היא מכונית מימן שיכולה להאיץ מ-0-100 קמ"ש תוך כ-2.6 שניות, ולהגיע למהירויות שיא של 356 קמ"ש.

יתרונות וחסרונות של מימן כדלק

לבסוף, חשוב להדגיש את יתרונות וחסרונות שחייב להשתמש במימן כדלק לכלי רכב:

יתרון

בין ventajas מהשימוש במימן כדלק יש לנו:

• אפס פליטות: רכבי מימן משחררים מים רק כתוצר לוואי. לכן, אתה תורם לאיכות הסביבה.
• תדלוק מהיר: זה ייקח רק כמה דקות לתדלק, מכיוון שתצטרך רק למלא שוב את מיכלי המימן כפי שהיית עושה בסולר או בנזין. אין שום קשר לחשמליים, שצריך לחבר לחשמל במשך זמן רב כדי לטעון את הסוללה שלהם במלואה. בנוסף, העלות הממוצעת של מכונית חשמלית היא כ-8.5 אירו ל-100 ק"מ, בדומה למה שמוציאים על דלקים כמו דיזל או בנזין. במקום זאת, מימן יכול להיות זול יותר.
• עומד ביעדי האיחוד האירופי: היעדים שנקבעו על ידי האיחוד האירופי להפחתת פליטת פליטות מוגנות יותר מכלי רכב מימן. בהצעת האיחוד האירופי לשנת 2030 היא נועדה להפחית את פליטת הגזים המזהמים ב-35%, ומכונית המימן פולטת 0.
• מינימום תחזוקה: מנועים חשמליים אלו זקוקים לתחזוקה מינימלית, פשוטה וזולה, וכמו כן הם אמינים למדי. לכן, לא תצטרכו להשקיע כמו ברכב מנוע בעירה בנושא זה.
• שקט: הם שקטים בדיוק כמו החשמליים, ולכן הם לא יתרמו לזיהום הרעש שקיים בערים רבות.
• אוטונומיה גדולה יותר: למכוניות מימן יש אוטונומיה גדולה יותר, משהו חשוב מאוד. בעוד שרכבים חשמליים מציעים טווחים של 300 ק"מ בממוצע, רכבי מימן יכולים להשיג יותר מכפול מזה. הם יכולים אפילו להשיג אוטונומיה של יותר מ-2000 ק"מ בעתיד הקרוב.
• אפס פליטות: עם מדבקת DGT Zero Emissions אתה יכול לחנות בלי לשלם אגורה בערים, כך שאתה יכול לקבל את אותם יתרונות כמו עם מכוניות חשמליות בנסיעה באזורים עירוניים.
• לעמוד בטמפרטורות קיצוניות: בניגוד ל-100% מכוניות חשמליות, מכוניות מימן יכולות לפעול בטמפרטורות קיצוניות יותר. זה כמעט ולא יהיה מורגש בביצועים של הרכב או באוטונומיה שלו, משהו שכן קורה עם חשמליים.

חסרונות

כמובן שגם לרכבי מימן יש חסרונותיה, כמו הכל. הבולטים הם:

• מחיר: מכיוון שלא מדובר בטכנולוגיה כל כך בוגרת, לרכבי מימן מחיר גבוה יותר ממכוניות רגילות או מכוניות חשמליות. לכן, זה פרט שיש לקחת בחשבון. עם זאת, בטווח הארוך ניתן לחסוך בדלק ובסדנה, בהתחשב במידת האמינות שלהם. בנוסף, יש לומר שמכוניות אלו ייטו לרדת במחיר ככל שיעבור הזמן, שכן הטכנולוגיה ליצירת תאי דלק וגם למיכלי מימן תתבגר יותר, מה שחייב להיות בטוח מאוד לעמוד בלחצים גבוהים ולמנוע דליפות בתאונות, שעלולות להוביל לפיצוצים.
• כמה נקודות לתדלוק: מכיוון שכרגע מדובר בטכנולוגיית הנעה מיעוט, כפי שקורה במכונית החשמלית, אין הרבה נקודות לתדלוק. זה אמור להשתנות בהדרגה. בספרד, למשל, ניתן לספור את האתרים על אצבעות יד אחת, שכן יש רק כ-6 נקודות בסביליה, אלבסטה, פורטולאנו, סרגוסה, הואסקה וברסטרו. במדינות אחרות, כמו גרמניה, יש כבר יותר כלי רכב מסוג זה, ומטרתם להגיע עד ל-500 נקודות תדלוק.
• מגוון קטן של דגמים: מכיוון שלא מדובר בטכנולוגיה כל כך נפוצה, יש כיום מעט מותגים ודגמים לבחירה, אם כי גם זה ישתנה ככל שיעבור הזמן והיצרנים מייצרים אותם בקנה מידה גדול יותר. בנוסף, היעדר נקודות תדלוק או רשת מימן לא עוזרים לעידוד מכירת רכב מסוג זה. עם זאת, כבר יש לך מכוניות מימן נהדרות כמו Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT וכו'.
• לא קומפקטי: בהתחשב במורכבות של מיכלי המימן ותא הדלק, מכוניות אלה נוטות להיות בעלות ממדים גדולים יותר, כך שאם אתה מחפש כלי עזר בגודל קטן, אתה יכול לשכוח מזה. לפחות כרגע, עד שתושג דרגת דחיסה גבוהה יותר. גם במקרים מסוימים תא המטען בדרך כלל אינו מרווח במיוחד, שכן רכיבים מכניים אחרים צורכים חלק מהחלל שלו. במובן זה הם דומים לאלה החשמליים.
• פליגרוסו: מימן הוא נדיף מאוד ודליק. מסיבה זו, מיכלי מימן חייבים להיות עמידים ובטוחים מאוד, עמידים בפני פגיעות, הימנעות מדליפות עם מערכות אבטחה נוספות ועמידים בלחצים גבוהים. הכל כדי לשמור על בטיחות הנהגים והנוסעים האחרים. זה מוביל לבעיה נגזרת נוספת, שהיא שלתא הדלק והמיכלים יש בדרך כלל אורך חיים שימושי מוגבל יותר, בהתחשב בתקנות הבטיחות. נכון להיום, ההערכה היא שהמגבלה של מיכל מימן היא 15 שנים, אז יהיה צורך להחליפו בחדש. באשר לתא הדלק, חלק מהיצרנים מעריכים שהוא יכול להפחית את הספקו ב-15% לאחר שעשה כ-225.000 ק"מ של שימוש, אם כי לאט לאט הם משתפרים בהקשר זה.