たくさん 水素自動車 彼らは、ハイブリッド車、ガソリン車、電気自動車の卓越性により、XNUMX位に追いやられました。 しかし、水素は将来の燃料になる可能性があり、環境への配慮という点では電気自動車よりもはるかに優れた利点があります。 また、電気自動車には排出物がありませんが、そのバッテリーは、リチウムの生産とそのリサイクルと廃棄物管理により、深刻な環境問題を引き起こしています。 しかし、水素は金の卵を産むガチョウであり、すべてが利点です...
水素とは何ですか？
El 水素 これは、原子番号 1 で最も単純であることを特徴とする、周期表の化学元素です。非常に軽いガスであり、貯蔵可能であり、それ自体で汚染物質を生成しません。 これらの特性により、燃料として使用するのに最適な候補です。 さらに、地球上に非常に豊富にあり、化学プロセスによって簡単に生成できます。 再生可能エネルギーは、この種のガスの生産にも使用できます。 したがって、再生可能エネルギーを取得する方法にもなります。
水素の種類
水素は、入手方法によって分類される色名があります。 を知ることが重要です。 既存の水素、のように：
- 灰色の水素： このタイプの水素は、天然ガスなどの化石燃料を改質することによって得られます。 現時点で最も安価に製造できる水素ですが、製造時にCO2が大気中に排出されるため、クリーンな入手方法とは言えません。 現在、最も安価で最も多く生産されています。
- 青い水素: 化石燃料から得られる別の種類の水素ですが、今回はプロセス中に生成される CO2 排出物を大気中に放出しないように捕捉して貯蔵できる技術を使用しているため、環境への影響がより少なくなります。グレー。 もちろん、その生産中の排出量は完全に排除されるわけではありませんが、削減されます。 このタイプの水素の生産価格は中間です。
- 緑の水素：彼はXNUMX人の中で最も優れており、多くの話題を呼んでいます。 この再生可能な水素は水の電気分解によって得られるため、プロセス中に汚染は発生しません。 さらに、風力や太陽光などの再生可能エネルギーを電気分解システムに供給するため、持続可能で完全にクリーンな燃料です。 ただし、現在は前の XNUMX つよりも生産量が少なく、最も高価です。
課題は、他のすべての水素をグリーン水素に置き換えることです。 適切な燃料を得る.
水素はどのようにして得られるのですか？
前のセクションで見たように、水素はさまざまな方法で生成できます。 しかし、その生産プロセスに関わるエネルギーに関係なく、今見てみましょう このガスを入手する方法 とても豊富です：
- 分子変換：水素を得る一連の化学反応から得られる技術です。 最も広く使用されている技術の中には、油田から得られる天然ガスの使用があります。 天然ガスの原料である水素から炭素を解離するために、高温の蒸気が使用されます。 これが、一方では二水素が、他方では二酸化炭素が得られる方法です。
- ガス化：石炭やバイオマスから水蒸気と純酸素でガス化する方法です。 原子炉では、石炭またはバイオマスが非常に高温で燃焼されます。 この燃焼により、毒性の高い一酸化炭素 (CO) や二水素などのガスが放出されます。
- 水の電気分解: 地球の大部分は水でできているため、持続可能性と豊かさの点で 2 つの方法の中で最も優れた方法です。 したがって、海や海の水から得ることができます。 このために、電極が挿入される場所に水タンクが使用されます。 電流を流し続けると、水分子 (H2O) が酸素 (O2) と水素 (HXNUMX) に分離されます。 この電気の動力源が太陽光や風力などの再生可能エネルギーである場合、この水素はグリーンであると言われています。
水素エンジン（燃料電池）はどのように動くのですか？
必要なとき 水素をエネルギーに変える、水素ガスは特定のタンクに貯蔵でき、そこから燃料電池に送られます。 そこで再び空気中の酸素と再結合し (内燃機関で空気がシリンダーに入って燃焼するときに起こるように)、エネルギー反応が生じ、エネルギーが得られます。 このようにして、このタイプのエンジンによって生成される唯一の廃棄物は水であるため、いかなる種類の汚染ガスも大気中に排出されません。 空気中の酸素が水素と再結合すると、その過程で H2O 分子が生成されます。 電気分解による水素の再生など、他の目的に使用できる水。
燃料電池内の水素と酸素の間のこの反応のおかげで、電気が生成されて燃料電池が動きます。 電気モーターと車両の駆動. つまり、水素自動車は基本的に電気自動車ですが、リチウム電池やその他の汚染物質からエネルギーを得たり、排気ガスを排出するハイブリッド エンジンからエネルギーを得たりすることはありません。 ただし、このタイプの一部の車両には、別の時間に消費されないエネルギーを蓄えるためのバッテリーが搭載されている場合があります。 たとえば、電力需要が高い場合は、燃料電池から得られるすべてのエネルギーが消費されますが、電力需要が低い場合は、一部を電気モーターに転用し、一部をバッテリーに蓄えることができます。
これらの車両の多くには、 回生ブレーキ、つまり、ブレーキから電気エネルギーを蓄積することで、水素消費量を削減し、より優れた自律性を達成するのに役立ちます. そして、先に述べたように、発生する唯一の廃棄物は水であり、これは排気管から排出されます。
用として 水素燃料電池車の部品、我々は持っている：
- パワーコントロールユニット: 燃料電池の電力供給、バッテリーの充電、およびこの電気エネルギーの使用を最適に制御するシステムです。
- 電気モーター: XNUMX つまたは複数の場合があります。 これは通常、燃料電池またはバッテリーからの電力を車両を推進する電力に変換する永久磁石同期モーターです。
- 燃料電池電圧コンバータ: 水素燃料電池によって生成された電気を適合させて、モーターに適切な電圧を得ることができるシステムです。
- 燃料電池グループ: システムの真の心臓部であり、タンクからの水素と空気からの酸素の供給による化学エネルギーが電気エネルギーに変換されるコンポーネントです。
- バッテリー: バッテリーは、燃料電池で生成されたエネルギーと減速から回復したエネルギーを蓄える役割を担い、需要が高い場合には加速時に燃料電池の電力を強化します。
- 高圧タンク: 水素は高圧タンクに安全に保管する必要があります。 さらに、過圧バルブ、水素漏れが発生した場合の警告、および XNUMX 層構造 (グラスファイバー強化ポリマー、中間ポリマー、および炭素繊維強化プラスチック製) があります。 非常に高い圧力に耐えるためのすべて。
燃料電池操作
私達は言った 燃料電池、または水素燃料電池電気自動車 (FCEV) は、水素と大気中の空気からの酸素との反応から電気エネルギーを生成する役割を果たします。 その電気を生み出すために、電気化学反応が使われます。 燃料電池は、電解質の両側にアノードとカソードを使用します。 たとえば、水素がアノードに供給され、触媒を使用して、電解質を通ってカソードに流れる正に帯電したイオンが生成されます。 一方、カソードでは、空気がシステムに引き込まれ、触媒、水素イオン、および電子と結合して、副産物として熱と水が生成されます。 これにより電流が誘導され、電気が発生します。
水素自動車の運転体験
実際、水素自動車を運転するときは、 経験はバッテリー電気自動車の経験とほぼ同じです. ただし、いくつかのわずかな違いがあり、それらの多くは、技術が進歩するにつれて時間の経過とともに洗練されます。電気自動車でもそうであったように、最初に提示されたモデルから現在のモデルに大きく変化しました。比較的若いです。
自動車エンジニアにとっての課題は、水素燃料電池が 一定の電力で最適に動作. ただし、都市部や高速道路などのさまざまな道路を走行する場合の従来の車両の電力需要は、電力供給の変更を必要とします。 エンジニアが可能な限り最高の結果をもたらすために取り組んでいるもの。
たとえば、トヨタ ミライには、 90 kW (120 馬力) 定格出力. しかし、高速道路での高速加速には十分ではありません。そのため、トヨタは (他の HFCV メーカーと同様に) ガソリン電気ハイブリッド車で使用されるものと同様に、低容量で高電圧のバッテリーを追加して、高速道路での追加の加速とパワーを達成できるようにします。要求した。 また、これは、非常に強力な車を燃料電池で作ることができないという意味ではありません。実際、Hyperion XP-1 スーパーカーは、時速 0 から 100 km まで約 2.6 秒で加速し、最高速度に達することができる水素自動車です。時速356キロ。
燃料としての水素の長所と短所
最後に、次の点を強調することが重要です。 長所と短所 自動車の燃料として水素を使用する必要がある:
利点
間で ventajas 水素を燃料として使用することで、次のことが可能になります。
- ゼロエミッション: 水素自動車は、副産物として水のみを放出します。 したがって、環境に貢献します。
- 高速給油: 燃料を補給するのに数分しかかかりません。ディーゼルやガソリンと同じように、水素タンクを再び満たすだけで済みます。 バッテリーを完全に充電するために長時間接続する必要がある電気式のものとは関係ありません。 さらに、電気自動車の平均コストは 8.5 km あたり約 100 ユーロで、ディーゼルやガソリンなどの燃料に費やされる金額と同様です。 代わりに、水素はより安価になる可能性があります。
- EUの目標を満たしています: 排出量を削減するために EU が設定した目標は、水素自動車によって十分に達成されています。 2030 年に向けた EU の提案では、汚染ガスの排出を 35% 削減することが意図されており、水素自動車の排出量は 0 です。
- 最低限のメンテナンス: これらの電気モーターは、非常に信頼性が高いだけでなく、最小限の、シンプルで安価なメンテナンスを必要とします。 したがって、この点で内燃エンジン車ほど投資する必要はありません。
- サイレント： それらは電気式のものと同じくらい静かなので、多くの都市に存在する騒音公害の原因にはなりません.
- より大きな自律性: 水素自動車は自律性を高めます。これは非常に重要なことです。 電気自動車の平均航続距離は 300 km ですが、水素自動車はその 2000 倍以上を達成できます。 近い将来、XNUMX km 以上の自律性を実現することさえできます。
- ゼロエミッション: DGT ゼロ エミッション ステッカーがあれば、都市部では XNUMX 銭も払わずに駐車できるため、都市部を走行する際に電気自動車と同じ利点を得ることができます。
- 極端な温度に耐える: 100% 電気自動車とは異なり、水素自動車はより極端な温度で動作できます。 車両のパフォーマンスや自律性ではほとんど目立ちませんが、これは電気自動車で起こることです。
デメリット
もちろん水素自動車にも その欠点、すべてのように。 最も顕著なものは次のとおりです。
- 価格： 水素自動車はそれほど成熟した技術ではないため、従来の自動車や電気自動車よりも価格が高くなります。 したがって、これは考慮すべき詳細です。 ただし、長期的には、信頼性が高いため、燃料とワークショップを節約できます。 また、燃料電池の製造技術や水素タンクの技術が成熟し、高圧に耐え、漏れを防ぐ安全性が求められるため、これらの車は時間の経過とともに価格が下がる傾向にあると言わざるを得ません。爆発につながる可能性のある事故で。
- 給油するポイントが少ない：現在、電気自動車と同様に少数派の推進技術であるため、給油するポイントは多くありません。 これは徐々に変化するはずです。 たとえば、スペインでは、セビリア、アルバセテ、プエルトリャノ、サラゴサ、ウエスカ、バルバストロに約 6 つのポイントしかないため、サイトは片手の指で数えることができます。 ドイツなどの他の国では、このタイプの車両がすでに多くあり、最大 500 の給油ポイントに到達することを目標としています。
- モデルの種類が少ない: それほど広く普及した技術ではないため、現在、選択できるブランドやモデルはほとんどありませんが、これは時間の経過とともに変化し、メーカーが大規模に生産することにもなります. さらに、給油ポイントや水素ネットワークの欠如は、このタイプの車両の販売を促進するのに役立っていません. しかし、トヨタ ミライ、ヒュンダイ Nexo、ホンダ フューエル セル クラリティ、ハイペリオン XP-1、BMW i ハイドロジェン ネクストなどの優れた水素自動車はすでにあります。
- コンパクトではない: 水素タンクと燃料電池の複雑さを考えると、これらの車は寸法が大きくなる傾向があるため、小型のユーティリティを探している場合は、それを忘れることができます. 少なくとも現時点では、より高度な圧縮が達成されるまで。 場合によっては、他の機械部品がトランクのスペースの一部を占有するため、通常、トランクはそれほど広くありません。 この意味で、それらは電気のものに似ています。
- ペリグロソ：水素は揮発性が高く、可燃性です。 このため、水素タンクは、衝撃に耐え、追加のセキュリティ システムで漏れを回避し、高圧に耐えられる、非常に耐久性と安全性が高いものでなければなりません。 すべては、ドライバーと他の乗客の安全を守るためです。 これは、安全規制を考えると、燃料電池とタンクの耐用年数が通常より限られているという別の問題につながります。 現在、水素タンクの寿命は 15 年と見積もられており、その時点で新しいものに交換する必要があります。 燃料電池については、約15kmの使用で225.000％の出力低下が見込めるというメーカーもあるが、少しずつ改善している。