와 수소 기술 다양한 유형의 엔진이 등장했습니다. 한편으로 우리는 수소 자동차 순환에 필요한 에너지를 생산하기 위해 연료 전지를 사용하고 다른 하나는 수소 연소 엔진을 사용합니다. 이것은 많은 질문을 제기하지만 그것들은 매우 다릅니다.
이것들이 무엇인지 알아야 한다 차이점 및 작동 이 두 가지 매우 다른 측면 중 하나는 동일한 연료를 사용하여 작동합니다 ...
수소연료전지차
롯 FCV 또는 FCEV라고도 하는 연료 전지 차량, 연료 전지를 에너지원으로 사용하여 엔진을 구동하거나 에너지를 배터리에 저장하여 필요할 때 사용하는 전기 자동차의 일종입니다.
연료 전지들 일반적으로 공기의 산소와 압축 수소를 사용하여 전기를 생성합니다. 탱크에서. 그러나 다른 요소를 사용하여 전기를 생성할 수 있는 다른 연료 전지가 있지만 여기서는 수소에만 관심이 있습니다.
이러한 차량은 수소가 생산되는 현장(또는 수소를 운송 및 저장하는 동안 수소 생산 오염 물질을 농축하여 수소가 아닌 경우 트럭 및 관련 엔진에서 오염 물질을 생성할 수도 있음)을 녹색으로 만듭니다. 즉, 이러한 차량 자체 어떤 종류의 오염 물질도 방출하지 않습니다. 그들이 순환하는 동안.
모든 연료 전지는 다음으로 구성됩니다. 세 가지 기본 부분:
- 전해질: 조성에 자유이온을 함유하고 있어 전기전도체로 행동하게 하는 물질이다.
- 양극: 전자를 잃는 산화 반응을 일으키는 전지의 전극 또는 단자입니다. 따라서 양극으로 동작합니다.
- 음극: 환원 반응, 즉 전자를 받아 반응하는 전지의 전극 또는 단자입니다. 따라서 음극으로 동작합니다.
이런 식으로 수소 연료 전지 기존 배터리처럼 작동하여 모터에 전력을 공급하거나 배터리에 저장하기 위해 전기 에너지를 생성합니다. 그러나 배터리를 충전해야 하는 동안 연료 전지는 연료(이 경우 수소)로 구동됩니다.
가장 큰 도전
중 하나 가장 큰 도전 이러한 유형의 차량 표면은 매우 격렬한 반응을 일으킬 수 있는 사고 발생 시 고압을 견디고 누출을 방지하기 위해 매우 안전한 저장 탱크가 필요하다는 사실입니다. 물론 충전 인프라도 보편화되지 않았고, 수소충전소를 찾기도 어렵다.
이 모든 것에 우리는 최초의 연료 전지 설계가 생활 서비스 이 점에서 약간의 진전이 있었지만 감소했습니다. 예를 들어 고분자 전해질 막(PEM) 셀은 사이클링 조건에서 최대 7300시간을 가질 수 있습니다.
한편, 수소연료전지는 그들은 상대적으로 비싸다 촉매 역할을 하는 백금과 같은 고가의 재료를 사용하기 때문입니다. 또한 수소는 안전하게 생산 및 저장되어야 하므로 이 기술의 비용이 더 많이 듭니다. 다행스럽게도 현재 나노입자를 사용하는 새로운 수소 연료 전지가 개발되고 있어 훨씬 적은 백금이 필요하고 비용도 저렴합니다.
연혁
연료 전지 개념은 Humphry Davy가 1801년에 처음 시연한 현상입니다. 그러나 발명으로 인해 윌리엄 그로브. 그로브가 "가스 볼타 배터리"라고 부르는 실험을 통해 그들은 수소 가스와 산소로부터 전력을 생산할 수 있음을 입증했습니다. 이것은 1842년에 그가 백금 촉매를 통해 수소와 산소 사이의 전기화학 반응을 증명한 것입니다.
나중에 엔지니어 프란시스 토마스 베이컨 그는 1939년에서 1959년 사이에 다양한 알카라인 연료 전지를 만들어 Grove의 작업을 개선했습니다. 이러한 연료 전지를 사용한 최초의 차량은 최대 15kW의 전력을 생산하는 당시 개조된 Allis-Chalmers 농장 트랙터였습니다.
La 냉전 우주 경쟁 또한 이러한 연료 전지 기술이 전력 생산을 위한 우주 임무에 사용되는 데 큰 도움이 되었습니다. 이것은 아폴로 캡슐과 달 착륙선 등에 사용하는 돌파구였습니다.
그러나 General Motors가 연료 전지를 사용하는 최초의 도로 차량을 개발한 1966년이 되어서야 가능했습니다. 유명했다 시보레 전기 밴. 이 차량에는 PEM 연료 전지가 장착되어 있으며 최고 속도 193km/h로 최대 113km를 주행할 수 있습니다. XNUMX인승이었다. 필요한 연료는 트럭 뒤편에 있는 XNUMX개의 대형 수소·산소 탱크에 저장해 두었기 때문이다. 단 한 대의 밴만 제작되었고 그 가격은 엄청났습니다.
80년대에 우주 왕복선에 포함된 것과 같은 우주 응용 분야에 연료 전지가 다시 도입되었습니다. 하지만 아폴로 프로그램 종료 이로 인해 많은 NASA 연료 전지 전문가가 민간 기업으로 이동하여 이후 수십 년 동안 개발을 계속하여 결실을 맺었습니다.
수소 연소 차량
El 수소 내연기관 차량HICEV는 영어 약자로 HICEV라고도 불리는 수소차의 일종으로 연료전지를 사용하는 자동차와 혼동하면 안 된다. 이 경우 우리는 더 이상 전기 자동차에 대해 이야기하는 것이 아니라 휘발유나 디젤과 같은 연소 엔진에 대해 이야기하고 있습니다.
연료 전지 자동차는 전기 화학 반응을 통해 전기를 생산하여 전기 모터에 동력을 공급하는 반면 내연 자동차는 화석 연료와 유사한 사이클을 사용합니다. 사실, 그것은 재래식 내연 기관의 변형입니다.
단, 이 경우 연소를 위해 산소와 연료를 제공하기 위해 공기를 사용하는 대신 수소와 산소를 사용하여 실린더 피스톤을 움직일 폭발 반응을 생성합니다. 차이점은 이 반응 동안 CO2, 탄화수소 또는 기타 오염 입자가 화석 연료에서와 같이 배기관에서 생성되지 않는다는 것입니다. 이 경우 물만 생성되므로 이 차량의 배출량은 XNUMX에 가깝습니다..
그리고 그들은 이유 때문에 완전히 XNUMX이 아닙니다. 즉, 연료 탱크의 수소는 순수하지만 공기의 경우 산소보다 더 많은 것을 가지고 있다는 것입니다. 이러한 이유로 공기 중에 존재하는 이러한 가스 중 일부는 수소와 반응하여 질소 산화물 또는 NOx를 방출. 그러나 이러한 배출은 다른 연료보다 문제가 훨씬 적습니다.
오염 배출 및 기타 문제
반면 이 차량들은 연료 전지와 같은 사이클에 의해 제한되지 않는 이점이 있습니다.다른 큰 장점 외에도 연료 전지 시스템과 동일한 수소 생산 및 저장 문제가 계속해서 발생합니다. 이 차량의 배출량이 무엇인지 강조할 필요가 있습니다.
음, 수소와 산소의 연소 유일한 제품으로 수증기를 생성합니다.그러나 온실가스 중 하나인 는 저장을 위해 포집되어 냉각될 때 물로 액화될 수 있습니다.
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
대신, 우리가 말했듯이, 공기에는 산소보다 더 많은 것이 있습니다.. 여기에서 문제가 발생합니다. 수소와 질소를 결합하면 위에서 언급한 유명한 NOx가 생성될 수 있기 때문입니다. 그렇기 때문에 제로 배출이라고 할 수 없습니다. 즉, 화학 반응의 공식은 실제로는 다음과 같이 보일 것입니다.
H 2 + O 2 + N 2 → 에이 2 오 + 아니오 x
반면에 엔진이 완벽하지 않다는 점을 고려해야 합니다. 일부 윤활유가 연소실에 들어갈 수 있습니다. 가솔린이나 디젤 엔진에서도 마찬가지입니다. 이 경우 배기 가스에는 연소로 인한 오일 또는 오일 부산물이 포함될 수도 있습니다.
또한 이 섹션의 첫 번째 단락에서 지적한 바와 같이 수소는 또 다른 문제를 제시합니다, 그리고 그것은 당신의 안전한 저장소입니다. 수소는 다른 연료에 비해 쉽게 발화한다는 점을 명심하십시오. 따라서 수소가스가 새거나 사고가 나면 공기와 접촉하게 되면 매우 강력한 폭발반응이 일어난다.
기존 엔진 개조
라스 diferencias 기존 ICE 엔진과 휘발유 또는 디젤 엔진은 특히 다음과 같은 측면에 중점을 둡니다.
- 밸브 및 밸브 시트 경화.
- 기존 엔진보다 커넥팅 로드가 더 강합니다.
- 연료 엔진의 혼합은 수소 29%와 공기 71%의 공기/연료 비율을 가지며 가솔린 엔진보다 최대 15% 많거나 유형에 따라 15% 적을 수 있습니다.
- 이러한 유형의 엔진에서는 공기와 연료(수소)가 혼합되지 않고 연소실이 공기로만 채워진 다음 수소가 주입됩니다. 그렇지 않으면 실린더 밖에서 폭발이 일어날 것입니다.
- 비백금 팁이 있는 점화 플러그.
- 고전압 점화 코일.
- 액체 대신 가스에 맞춰야 하는 연료 분사 장치.
- 더 큰 크랭크 샤프트 댐퍼.
- 더 강한 헤드 개스킷.
- 과급기용 흡기 매니폴드 개조.
- 정압 과급기.
- 고온 엔진 오일.
즉, 이렇게 함으로써 기존 가솔린 엔진의 개조 그것은 수소로 작동하도록 완벽하게 조정될 수 있습니다. 이는 또 다른 큰 이점으로, 이러한 유형의 엔진을 위해 개발된 현재 기술을 활용하거나 보다 환경 친화적인 연료로 작동할 수 있도록 기존 엔진을 수정할 수 있습니다.
연혁
수소 내연 기관은 1806년에 처음 설계되었습니다. 프랑수아 이삭 드 리바즈. 첫 번째는 수소와 산소의 혼합물을 사용하여 작동하는 De Rivaz 엔진으로 알려졌습니다. 나중에 1863년에 Étienne Lenoir는 또 다른 수소 차량인 Hippomobile도 생산했습니다.
1970년에 또 다른 중요한 사건이 발생했는데, 그것은 Paul Dieges가 특허를 취득한 것입니다. 가솔린 내연 기관 수정 수소로 달리다. 동경대학이 이 엔진에 중요성을 부여하고 이 엔진과 관련된 기술을 개발하고 자동차, 트럭, 비행기, 선박 등 미래의 차량을 구동하기 시작한 것과 같은 날입니다.
아시다시피 일본 제조업체 Mazda 수소를 연료로 사용하는 Wankel 유형 엔진을 개발했습니다. 이 Wankel ICE를 사용하는 이점은 이 엔진에 필요한 수정이 다른 대체 ICE에 필요한 것보다 훨씬 적다는 것입니다. 다른 일본 제조사들도 수소차에 합류해 토요타처럼 대박을 걸었다.
2005년과 2007년 사이에 유럽에서는 BMW가 수소로 달리는 최초의 럭셔리 자동차를 테스트했을 때 중요한 단계가 있었습니다. 모델에 관한 모든 것 BMW 수소 7301km/h의 최고 속도에 도달할 수 있는 는 이전 개념보다 더 넓고 장거리를 가졌습니다. 여기에서 다른 유럽 산업은 산업 및 민간 차량으로 동일한 작업을 수행하기 시작했습니다.
수소 엔진의 장점과 단점
물론 수소를 연료로 사용하는 것은 장점과 단점 여기서 무엇을 보게 될까요?
이점
- 수소가 녹색이면 배출량이 없거나 거의 무시할 수 있을 정도이고 반응 후 생성되는 생성물 중 하나가 H2O 또는 물이기 때문에 매우 깨끗하고 환경 친화적인 연료가 될 수 있습니다.
- 보다 효율적인 기술을 갖춘 엔진입니다. 거의 200년의 개발 기간 동안 이 모터는 80%의 효율성으로 최대 성능과 최적화를 달성했습니다. 즉, 수소의 80%가 견인력을 생성하는 데 사용됩니다. 화석 연료 엔진에서 이 효율은 많은 경우에 20~40% 사이에서 변할 수 있습니다.
- 선박, 기차 등의 중량물 운송에도 사용할 수 있습니다.
단점
- 회색 수소인 경우 생산 과정에서 오염됩니다. 불행히도 현재 수소의 높은 비율은 화석 연료나 가스를 태워 생산하는 것이 가장 저렴하기 때문에 회색입니다. 그러나 블루수소와 그린수소도 있는데, 녹색수소는 생산에 재생에너지를 사용하고 미래이기 때문에 배출가스 없이 생산되는 수소입니다.
- 취급에 위험한 가스입니다. 보관과 운송 모두 위험합니다. 고압을 견딜 수 있고 사고에 저항할 수 있는 탱크가 필요합니다. 그렇지 않으면 승무원의 생명을 끝낼 수 있는 공기와 접촉하여 매우 격렬한 반응이 발생하기 때문입니다.
- 수소를 충전할 수 있는 훌륭한 인프라가 없으며 플러그인 전기를 위한 인프라도 없습니다. 그런 의미에서 기존 주유소를 따라잡기 위해서는 더 나아가야 한다.