Su vandenilio technologija Atsirado įvairių tipų varikliai. Viena vertus, mes turime vandenilinės transporto priemonės kurie naudoja kuro elementą energijai, reikalingai cirkuliuoti, gaminti, o kita vertus, turime vandenilio degimo variklius. Tai kelia daug klausimų, tačiau jie labai skirtingi.
Turėtumėte žinoti, kas tai yra skirtumai ir veikimas iš šių dviejų labai skirtingų aspektų, bet kurių veikimui naudojamas tas pats kuras...
Vandenilio kuro elementų transporto priemonės
Los kuro elementų transporto priemonės, taip pat žinomos kaip FCV arba FCEV, yra tam tikros rūšies elektrinės transporto priemonės, kuriose kuro elementas naudojamas kaip energijos šaltinis, naudojamas varikliui varyti arba energijai kaupti akumuliatoriuje, kad prireikus būtų galima naudoti.
kuro elementai gaminti elektros energiją, paprastai naudojant deguonį iš oro ir suspaustą vandenilį tankuose. Tačiau yra ir kitų kuro elementų, kurie gali panaudoti kitus elementus elektrai gaminti, bet čia mus domina tik vandenilis.
Šios transporto priemonės vandenilio gamybos teršalus koncentruoja toje vietoje, kurioje gaminamas vandenilis (arba vandenilio transportavimo ir laikymo metu, kuris taip pat gali generuoti teršalus iš sunkvežimių ir kitų susijusių variklių), jei tai nėra vandenilis. žalia. Tai yra pačios šios transporto priemonės neišskiria jokios rūšies teršalų kol jie cirkuliuoja.
Visi kuro elementai yra sudaryti iš trys pagrindinės dalys:
- Elektrolitas: yra medžiaga, kurios sudėtyje yra laisvųjų jonų, todėl ji veikia kaip elektros laidininkas.
- Anodas: Tai yra akumuliatoriaus elektrodas arba gnybtas, kuris sukelia oksidacijos reakciją, per kurią praranda elektronus. Todėl jis elgiasi kaip teigiamas polius.
- Katodas: Tai yra akumuliatoriaus elektrodas arba gnybtas, kuriame vyksta redukcijos reakcija, ty reakcija, kurios metu jis priima elektronus. Todėl jis elgiasi kaip neigiamas polius.
Tokiu būdu a vandenilio kuro elementas Jis veikia kaip įprasta baterija, gamindama elektros energiją varikliui maitinti arba kaupti akumuliatoriuje. Tačiau nors akumuliatorių reikia įkrauti, kuro elementas bus maitinamas kuru, šiuo atveju vandeniliu.
didžiausių iššūkių
Vienas iš didžiausių iššūkių Šio tipo transporto priemonių paviršiams reikalingos labai saugios talpyklos, kurios atlaikytų aukštą slėgį ir išvengtų nuotėkio įvykus avarijai, kuri gali sukelti labai audringas reakcijas. Žinoma, degalų papildymo infrastruktūra taip pat nėra plačiai paplitusi, o vandenilio papildymo vietas sunku rasti.
Prie viso to turime pridurti, kad pirmieji kuro elementų modeliai turėjo a gyvybės tarnyba sumažėjo, nors šiuo atžvilgiu buvo padaryta tam tikra pažanga. Pavyzdžiui, polimerinės elektrolito membranos arba PEM ląstelės gali turėti iki 7300 valandų ciklo sąlygomis.
Kita vertus, reikia pažymėti, kad vandenilio kuro elementai jie palyginti brangūs gaminti, nes naudojamos brangios medžiagos, pavyzdžiui, platina, kuri veikia kaip katalizatorius. Be to, vandenilį taip pat reikia gaminti ir saugiai laikyti, todėl ši technologija taip pat brangsta. Laimei, šiuo metu kuriami nauji vandenilio kuro elementai, naudojantys nanodaleles, kuriems reikia daug mažiau platinos ir mažesnės sąnaudos.
istorija
Kuro elementų koncepcija buvo reiškinys, pirmą kartą parodytas 1801 m. Humphry Davy. Tačiau išradimas atsirado dėl Viljamas Grovas. Grove'o eksperimentais su tuo, ką jis pavadino „dujų įtampos baterija“, jie parodė, kad galima gaminti energiją iš vandenilio dujų ir deguonies. 1842 m. jis įrodė elektrocheminę vandenilio ir deguonies reakciją per platinos katalizatorių.
Vėliau inžinierius Pranciškus Tomas Bekonas 1939–1959 m. jis patobulino Grove'o darbą kurdamas įvairius šarminio kuro elementus. Pirmoji transporto priemonė, naudojusi šiuos kuro elementus, buvo modifikuotas to meto Allis-Chalmers ūkio traktorius, gaminantis iki 15 kW galios.
La Šaltojo karo kosmoso lenktynės tai taip pat buvo puikus postūmis šioms kuro elementų technologijoms, kurios buvo naudojamos kosminėse misijose gaminant elektros energiją. Tai buvo proveržis, be kita ko, naudojant jį „Apollo“ kapsulėse ir mėnulio moduliuose.
Tačiau tai įvyko tik 1966 m., kai „General Motors“ sukūrė pirmąją kelių transporto priemonę, kurioje buvo naudojamas kuro elementas. buvo garsusis chevrolet elektrinis furgonas. Ši transporto priemonė turėjo PEM kuro elementą ir galėjo nuvažiuoti iki 193 km, o didžiausias greitis buvo 113 km/h. Tai buvo dvivietis, nes daugiau vietos nebuvo, nes reikiami degalai buvo sukrauti dviejuose dideliuose vandenilio ir deguonies bakuose, kurie buvo sunkvežimio gale. Buvo pagamintas tik vienas furgonas, o jo kaina buvo pernelyg didelė.
Devintajame dešimtmetyje kuro elementai buvo sugrąžinti naudoti kosmose, pvz., įtraukti į „Space Shuttle“. Bet „Apollo“ programos uždarymas Dėl to daugelis NASA kuro elementų ekspertų kreipėsi į privačias įmones, kur jie tęsė savo plėtrą ir vėlesniais dešimtmečiais davė vaisių.
vandenilio degimo transporto priemonė
El transporto priemonė su vandenilio vidaus degimo varikliu, angliškai taip pat vadinamas HICEV akronimu, yra vandenilinė transporto priemonė, kurios nereikėtų painioti su ta, kuri naudoja kuro elementą. Šiuo atveju mes jau nekalbame apie elektromobilį, o apie vidaus degimo variklį, pavyzdžiui, benziną ar dyzeliną.
Nors kuro elementų transporto priemonės naudoja elektrocheminę reakciją, kad gamintų elektrą elektros varikliams, o degimo transporto priemonės naudoja ciklą, panašų į iškastinio kuro ciklą. Tiesą sakant, tai yra įprastų vidaus degimo variklių modifikacija.
Tik šiuo atveju užuot naudoję orą deguoniui ir degimui tiekti, vandenilis ir deguonis naudojami sprogstamai reakcijai, kuri judins cilindro stūmoklius, generuoti. Skirtumas tas, kad šios reakcijos metu išmetimo vamzdyje nesusidaro CO2, angliavandeniliai ar kitos teršiančios dalelės, kaip iškastinio kuro atveju. Tokiu atveju susidaro tik vanduo, taigi šių transporto priemonių išmetamų teršalų kiekis yra artimas nuliui.
Ir jie nėra visiškai nuliniai dėl priežasties, o tai yra tai, kad nors vandenilis degalų bakuose yra grynas, oras turi daugiau nei deguonis, kaip jūs gerai žinote. Dėl šios priežasties kai kurios iš šių ore esančių dujų gali reaguoti su vandeniliu ir išskiria azoto oksidus arba NOx. Tačiau šios emisijos kelia daug mažiau problemų nei kitų degalų emisijos.
Taršios emisijos ir kitos problemos
Nors šios transporto priemonės turi pranašumą, nes jų neriboja ciklai, pvz., kuro elementaiBe kitų didelių pranašumų, jie ir toliau turi tą pačią vandenilio gamybos ir saugojimo problemą, kurią turėjo kuro elementų sistemos. Būtina pabrėžti, kokia yra šių transporto priemonių emisija.
Na, vandenilio deginimas deguonimi gamina vandens garus kaip vienintelį produktą, kuri yra viena iš šiltnamio efektą sukeliančių dujų, tačiau gali būti surinkta saugojimui ir atvėsusi suskystinama kaip vanduo.
2H 2 + ARBA 2 → 2 valandos 2 O
Vietoj to, kaip sakėme, ore yra kažkas daugiau nei deguonis. Iš čia ir kyla problema, nes sujungiant vandenilį ir azotą galima pagaminti garsųjį NOx, kurį minėjau aukščiau. Štai kodėl jų negalima vadinti nulinėmis emisijomis. Tai reiškia, kad cheminės reakcijos formulė iš tikrųjų atrodytų panašiau:
H 2 + ARBA 2 + N 2 → H. 2 ARBA + NE x
Kita vertus, reikia atsižvelgti į tai, kad varikliai nėra tobuli, ir į degimo kamerą gali patekti tepalo kaip tai atsitinka ir benzininiuose ar dyzeliniuose varikliuose. Tokiu atveju išmetamosiose dujose taip pat gali būti naftos arba degimo šalutinių naftos produktų.
Be to, kaip nurodžiau šio skyriaus pirmoje pastraipoje, vandenilis kelia dar vieną problemą, ir tai yra jūsų saugi saugykla. Turėkite omenyje, kad vandenilis lengvai užsidega, palyginti su kitais degalais. Todėl vandenilio dujoms išbėgus ar įvykus avarijai, kai jos liečiasi su oru, įvyks labai galinga sprogstamoji reakcija.
Esamų variklių modernizavimas
The skirtumai įprasto ICE variklio ir benzininio arba dyzelinio variklio atveju ypač daug dėmesio skiriama tokiems aspektams kaip:
- Vožtuvai ir vožtuvų lizdai grūdinti.
- Tvirtesni švaistikliai nei tradiciniuose varikliuose.
- Degalų variklio mišinyje oro ir degalų santykis bus 29% vandenilio ir 71% oro, todėl galia gali būti iki 15% didesnė nei benzininių variklių arba 15% mažesnė, priklausomai nuo tipo.
- Šio tipo varikliuose oras ir kuras (vandenilis) anksčiau nėra maišomi, o degimo kamera bus pripildoma tik oro ir į ją bus įpurškiamas vandenilis. Priešingu atveju sprogimas įvyktų už cilindro ribų.
- Uždegimo žvakės su ne platininiais antgaliais.
- Aukštesnės įtampos uždegimo ritė.
- Kuro purkštukai, kurie turi būti pritaikyti dujoms, o ne skysčiams.
- Didesnis alkūninio veleno amortizatorius.
- Stipresnė galvutės tarpinė.
- Modifikuotas kompresoriaus įsiurbimo kolektorius.
- Teigiamo slėgio kompresorius.
- Aukštos temperatūros variklio alyva.
Tai yra, darant šiuos įprasto benzininio variklio modifikacijos Jį būtų galima puikiai pritaikyti dirbti su vandeniliu, o tai yra dar vienas didelis privalumas, nes galima pasinaudoti dabartinėmis šio tipo varikliams sukurtomis technologijomis arba modifikuoti klasikinius variklius taip, kad jis galėtų važiuoti aplinkai draugiškesniu kuru.
istorija
Vandenilio vidaus degimo variklius pirmą kartą sukūrė 1806 m Francois Isaacas de Rivazas. Pirmasis buvo žinomas kaip De Rivaz variklis, kuris naudojo vandenilio ir deguonies mišinį. Vėliau, 1863 m., Étienne Lenoir taip pat pagamino Hippomobile, kitą vandenilinę transporto priemonę.
1970 m. taip pat įvyko kitas svarbus įvykis, tai yra tai, kad Paulas Diegesas užpatentavo būdą modifikuoti benzininius vidaus degimo variklius važiuoti vandeniliu. Tą pačią dieną, kai Tokijo universitetas suteikė šiems varikliams svarbą ir pradėjo kurti su šiais varikliais susijusias technologijas ir vairuoti ateities transporto priemones – tiek automobilius, sunkvežimius, lėktuvus, laivus ir kt.
Kaip jūs gerai žinote, Japonijos gamintojas Mazda sukūrė Wankel tipo variklį, kuris kaip kurą naudojo vandenilį. Šio Wankel ICE naudojimo pranašumas yra tas, kad modifikacijų, kurių reikia šiam varikliui, reikia daug mažiau, nei reikia kitiems alternatyviems ICE. Kiti Japonijos gamintojai taip pat prisijungė prie vandenilinių automobilių, stačiai statydami, kaip ir Toyota atveju.
2005–2007 m. Europoje taip pat buvo žengtas svarbus žingsnis – BMW išbandė savo pirmąjį prabangų automobilį, varomą vandeniliu. Viskas priklauso nuo modelio BMW Hydrogen 7, kuris galėjo pasiekti maksimalų 301 km/h greitį, buvo erdvesnis nei ankstesnės koncepcijos ir turėjo ilgą atstumą. Iš čia kitos Europos pramonės įmonės pradėjo daryti tą patį su savo pramoninėmis ir civilinėmis transporto priemonėmis.
Vandenilio variklių privalumai ir trūkumai
Žinoma, naudojant vandenilį kaip kurą yra jo privalumai ir trūkumai Ką mes čia pamatysime:
Pranašumas
- Jei vandenilis yra žalias, tai gali būti labai švarus ir aplinkai nekenksmingas kuras, nes išmetamųjų teršalų kiekis yra nulinis arba beveik nereikšmingas, o vienas iš produktų, susidarančių po reakcijos, yra H2O arba vanduo.
- Tai varikliai su efektyvesnėmis technologijomis. Per beveik 200 kūrimo metų šis variklis sugebėjo pasiekti maksimalų našumą ir optimizavimą, kurio efektyvumas siekė 80%. Tai yra, 80% vandenilio sunaudojama traukai gaminti. Nors iškastinio kuro varikliuose šis efektyvumas daugeliu atvejų gali svyruoti nuo 20 iki 40 %.
- Jis taip pat gali būti naudojamas sunkiam transportui, pavyzdžiui, laivams, traukiniams ir kt.
Trūkumai
- Jei tai yra pilkasis vandenilis, jis užteršia savo gamybą. Deja, didelė dalis dabartinio vandenilio yra pilkos spalvos, nes jį pigiausia gaminti deginant iškastinį kurą ar dujas. Tačiau taip pat yra mėlynasis vandenilis ir žalias vandenilis, o žalias yra tas, kuris gaminamas be emisijų, nes jo gamybai naudojama atsinaujinanti energija ir yra ateitis.
- Tai pavojingos dujos. Tiek jo laikymas, tiek transportavimas yra pavojingi. Jums reikia tankų, kurie atlaikytų aukštą slėgį ir galėtų atsispirti nelaimingiems atsitikimams, nes kitaip susilietus su oru įvyks labai audringos reakcijos, kurios gali nutraukti įgulos gyvenimą.
- Nėra puikios infrastruktūros vandeniliui papildyti, taip pat nėra tokios, kuri būtų skirta įjungiamiems elektriniams. Šia prasme jie turi eiti toliau, kad pasivytų esamas degalines.