ar ūdeņraža tehnoloģija Ir parādījušies dažāda veida dzinēji. No vienas puses, mums ir ūdeņraža transportlīdzekļi kas izmanto kurināmā elementu, lai ražotu cirkulācijai nepieciešamo enerģiju, un, no otras puses, mums ir ūdeņraža iekšdedzes dzinēji. Tas rada daudz jautājumu, taču tie ir ļoti atšķirīgi.
Jums vajadzētu zināt, kas tie ir atšķirības un darbība no šiem diviem ārkārtīgi atšķirīgajiem aspektiem, bet kuru darbībai izmanto vienu un to pašu degvielu...
Ūdeņraža degvielas šūnu transportlīdzekļi
L degvielas šūnu transportlīdzekļi, kas pazīstami arī kā FCV vai FCEV, ir elektrisko transportlīdzekļu veids, kas izmanto kurināmā elementu kā enerģijas avotu, ko izmanto tā dzinēju darbināšanai vai enerģijas uzkrāšanai akumulatorā, lai vajadzības gadījumā to izmantotu.
degvielas šūnas ražot elektroenerģiju, parasti izmantojot skābekli no gaisa un saspiestu ūdeņradi tvertnēs. Tomēr ir arī citi kurināmā elementi, kas var izmantot citus elementus, lai ražotu elektroenerģiju, bet šeit mūs interesē tikai ūdeņradis.
Šie transportlīdzekļi koncentrē ūdeņraža ražošanas piesārņotājus vietā, kur tiek ražots ūdeņradis (vai ūdeņraža transportēšanas un uzglabāšanas laikā, kas var radīt piesārņotājus arī no kravas automašīnām un citiem iesaistītajiem dzinējiem), ja tas nav ūdeņradis. zaļš. Tas ir, šie transportlīdzekļi paši neizdala nekāda veida piesārņotājus kamēr tie cirkulē.
Visas degvielas šūnas sastāv no trīs pamatdaļas:
- Elektrolīts: ir viela, kuras sastāvā ir brīvie joni, kas liek tai darboties kā elektrības vadītājam.
- Anods: tas ir akumulatora elektrods vai spaile, kas rada oksidācijas reakciju, caur kuru tas zaudē elektronus. Tāpēc tas darbojas kā pozitīvs pols.
- Katods: tas ir akumulatora elektrods vai spaile, kurā notiek reducēšanas reakcija, tas ir, reakcija, ar kuru tā saņem elektronus. Tāpēc tas darbojas kā negatīvs pols.
Tādā veidā a ūdeņraža degvielas šūna Tas darbojas kā parasts akumulators, ražojot elektroenerģiju, lai darbinātu motoru vai uzglabātu to akumulatorā. Tomēr, kamēr akumulators ir jāuzlādē, degvielas elementu darbinās degviela, šajā gadījumā ūdeņradis.
lielākajiem izaicinājumiem
Viens no lielākajiem izaicinājumiem Šāda veida transportlīdzekļu virsmām ir vajadzīgas ļoti drošas uzglabāšanas tvertnes, lai tās izturētu augstu spiedienu un novērstu noplūdes avārijas gadījumā, kas var izraisīt ļoti vardarbīgu reakciju. Protams, arī degvielas uzpildes infrastruktūra nav plaši izplatīta, un ir grūti atrast ūdeņraža uzpildes punktus.
Tam visam jāpiebilst, ka pirmajiem kurināmā elementu projektiem bija a dzīvības dienests samazināts, lai gan šajā ziņā ir panākts zināms progress. Piemēram, polimēra elektrolīta membrānas vai PEM šūnām var būt līdz 7300 stundām cikla apstākļos.
No otras puses, jāatzīmē, ka ūdeņraža degvielas šūnas tie ir salīdzinoši dārgi ražot, jo tiek izmantoti dārgi materiāli, piemēram, platīns, kas darbojas kā katalizators. Turklāt ūdeņradis ir arī jāražo un jāuzglabā droši, kas arī sadārdzina šo tehnoloģiju. Par laimi, pašlaik tiek izstrādātas jaunas ūdeņraža kurināmā šūnas, izmantojot nanodaļiņas, kas prasa daudz mazāk platīna un zemākas izmaksas.
Vēsture
Degvielas elementu koncepcija bija parādība, ko 1801. gadā pirmo reizi demonstrēja Hamfrijs Deivijs. Tomēr izgudrojums ir saistīts ar Viljams Grovs. Izmantojot Grova eksperimentus par to, ko viņš sauca par "gāzes voltaic akumulatoru", viņi pierādīja, ka ir iespējams ražot enerģiju no ūdeņraža gāzes un skābekļa. 1842. gadā viņš pierādīja elektroķīmisko reakciju starp ūdeņradi un skābekli, izmantojot platīna katalizatoru.
Vēlāk inženieris Frensiss Tomass Bēkons viņš uzlaboja Grova darbu, izveidojot dažādas sārmainās degvielas šūnas no 1939. līdz 1959. gadam. Pirmais transportlīdzeklis, kas izmantoja šīs degvielas šūnas, bija tā laika modificētais Allis-Chalmers lauksaimniecības traktors, kas ražoja līdz 15 kW jaudu.
La aukstā kara kosmosa sacīkstes tas arī bija liels stimuls šīm kurināmā elementu tehnoloģijām, ko izmantoja kosmosa misijās, lai ražotu elektroenerģiju. Tas bija izrāviens, cita starpā izmantojot to Apollo kapsulās un Mēness moduļos.
Tomēr tas notika tikai 1966. gadā, kad General Motors izstrādāja pirmo ceļu transportlīdzekli, kas izmantoja degvielas šūnu. bija slavenais chevrolet elektriskais furgons. Šim transportlīdzeklim bija PEM degvielas šūna, un tas varēja nobraukt līdz 193 km ar maksimālo ātrumu 113 km/h. Tas bija divvietīgs, jo vairāk vietas nebija, jo nepieciešamā degviela tika uzglabāta divās lielās ūdeņraža un skābekļa tvertnēs, kas atradās kravas automašīnas aizmugurē. Tika uzbūvēts tikai viens furgons, un tā cena bija pārmērīgi augsta.
Astoņdesmitajos gados kurināmā elementi tika izmantoti kosmosa vajadzībām, piemēram, tiem, kas iekļauti Space Shuttle. Bet Apollo programmas slēgšana tas lika daudziem NASA degvielas elementu ekspertiem vērsties pie privātiem uzņēmumiem, kur viņi turpināja savu attīstību, lai vēlākajās desmitgadēs nest augļus.
ūdeņraža iekšdedzes transportlīdzeklis
El transportlīdzeklis ar ūdeņraža iekšdedzes dzinēju, ko angļu valodā sauc arī par HICEV, ir ūdeņraža transportlīdzekļa veids, ko nevajadzētu sajaukt ar tādu, kurā tiek izmantots degvielas elements. Šajā gadījumā mēs vairs nerunājam par elektrisko transportlīdzekli, bet gan par iekšdedzes dzinēju, piemēram, benzīnu vai dīzeļdegvielu.
Kamēr kurināmā elementu transportlīdzekļi izmanto elektroķīmisku reakciju, lai ražotu elektroenerģiju elektromotoru darbināšanai, iekšdedzes transportlīdzekļi izmanto ciklu, kas ir līdzīgs fosilā kurināmā ciklam. Faktiski tā ir parasto iekšdedzes dzinēju modifikācija.
Tikai šajā gadījumā tā vietā, lai izmantotu gaisu, lai nodrošinātu skābekli un degvielu, tiek izmantots ūdeņradis un skābeklis, lai radītu sprādzienbīstamu reakciju, kas pārvietos cilindra virzuļus. Atšķirība ir tāda, ka šīs reakcijas laikā izplūdes caurulē neizdalās CO2, ogļūdeņraži vai citas piesārņojošas daļiņas, kā tas ir fosilā kurināmā gadījumā. Šajā gadījumā rodas tikai ūdens, tāpēc šo transportlīdzekļu emisijas ir tuvu nullei.
Un tie kāda iemesla dēļ nav pilnīgi nulle, un tas ir, lai gan ūdeņradis degvielas tvertnēs ir tīrs, gaisa gadījumā tajā ir kaut kas vairāk nekā skābeklis, kā jūs labi zināt. Šī iemesla dēļ dažas no šīm gaisā esošajām gāzēm var reaģēt ar ūdeņradi un izdala slāpekļa oksīdus vai NOx. Tomēr šīs emisijas ir daudz mazāk problemātiskas nekā citu degvielu emisijas.
Piesārņojošās emisijas un citas problēmas
Kamēr šie transportlīdzekļi ir priekšrocība, ka tos neierobežo cikli, piemēram, kurināmā elementiPapildus citām lielajām priekšrocībām tiem joprojām ir tāda pati ūdeņraža ražošanas un uzglabāšanas problēma, kāda bija kurināmā elementu sistēmām. Jāuzsver, kādas ir šo transportlīdzekļu emisijas.
Nu, ūdeņraža sadedzināšana ar skābekli ražo ūdens tvaikus kā vienīgo produktu, kas ir viena no siltumnīcefekta gāzēm, tomēr to var uztvert uzglabāšanai un atdzesēt kā ūdeni sašķidrināt.
2H 2 + VAI 2 → 2 stundas 2 O
Tā vietā, kā jau teicām, gaisā ir kaut kas vairāk par skābekli. Šeit rodas problēma, jo, apvienojot ūdeņradi un slāpekli, var iegūt slaveno NOx, ko es minēju iepriekš. Tāpēc tos nevar saukt par nulles emisijām. Tas nozīmē, ka ķīmiskās reakcijas formula patiesībā izskatītos vairāk līdzīga šai:
H 2 + VAI 2 + N 2 → H 2 VAI + NĒ x
No otras puses, jāņem vērā, ka dzinēji nav ideāli, un kāda smērviela var iekļūt sadegšanas kamerā kā tas notiek arī benzīna vai dīzeļa dzinējos. Šajā gadījumā izplūdes gāzēs var būt arī eļļa vai sadegšanas rezultātā radušies naftas blakusprodukti.
Turklāt, kā es norādīju šīs sadaļas pirmajā daļā, ūdeņradis rada vēl vienu problēmu, un tā ir jūsu drošā krātuve. Ņemiet vērā, ka salīdzinājumā ar citām degvielām ūdeņradis viegli aizdegas. Tāpēc, ja ūdeņraža gāze izplūst vai notiek avārija, tai nonākot saskarē ar gaisu, notiks ļoti spēcīga sprādzienbīstama reakcija.
Esošo dzinēju modernizēšana
the atšķirības parastais ICE dzinējs un benzīna vai dīzeļdzinējs ir īpaši vērsti uz tādiem aspektiem kā:
- Vārsti un vārstu ligzdas rūdītas.
- Spēcīgāki klaņi nekā tradicionālajos dzinējos.
- Degvielas dzinēja maisījuma gaisa/degvielas attiecība būs 29% ūdeņraža un 71% gaisa, radot jaudu, kas var būt līdz pat 15% lielāka nekā benzīna dzinējiem vai par 15% mazāka atkarībā no veida.
- Gaiss un degviela (ūdeņradis) šāda tipa dzinējos iepriekš netiek sajaukti, bet sadegšanas kamera tiks piepildīta tikai ar gaisu un tad tajā tiks ievadīts ūdeņradis. Pretējā gadījumā sprādziens notiktu ārpus cilindra.
- Aizdedzes sveces ar neplatīna uzgaļiem.
- Augstāka sprieguma aizdedzes spole.
- Degvielas iesmidzinātāji, kas jāpielāgo gāzei, nevis šķidrumam.
- Lielāks kloķvārpstas amortizators.
- Spēcīgāka galvas blīve.
- Pārveidots kompresora ieplūdes kolektors.
- Pozitīva spiediena kompresors.
- Augstas temperatūras motoreļļa.
Tas ir, veicot šīs darbības parastā benzīna dzinēja modifikācijas To varētu lieliski pielāgot darbam ar ūdeņradi, kas ir vēl viena liela priekšrocība, jo var izmantot pašreizējās šāda veida dzinējiem izstrādātās tehnoloģijas vai pārveidot klasiskos dzinējus, lai tas varētu darboties ar videi draudzīgāku degvielu.
Vēsture
Ūdeņraža iekšdedzes dzinējus pirmo reizi izstrādāja 1806. gadā Fransuā Īzaks de Rivazs. Pirmais bija pazīstams kā De Rivaz dzinējs, kura darbībai izmantoja ūdeņraža un skābekļa maisījumu. Vēlāk, 1863. gadā, Etjēns Lenuārs ražoja arī Hippomobile, citu ūdeņraža transportlīdzekli.
1970. gadā notika arī vēl viens nozīmīgs notikums, proti, Pols Dīgess patentēja veidu, kā to izdarīt pārveidot benzīna iekšdedzes dzinējus darboties ar ūdeņradi. Tajā pašā datumā, kopš Tokijas Universitāte šiem dzinējiem piešķīra nozīmi un sāka izstrādāt ar šiem dzinējiem saistītas tehnoloģijas un vadīt nākotnes transportlīdzekļus, gan automašīnas, kravas automašīnas, lidmašīnas, kuģus utt.
Kā jūs labi zināt, Japānas ražotājs Mazda izstrādāja Vankela tipa dzinēju, kas kā degvielu izmantoja ūdeņradi. Šī Wankel ICE izmantošanas priekšrocība ir tāda, ka šim dzinējam nepieciešamā modifikācija ir daudz mazāka nekā citām alternatīvām ICE. Arī citi japāņu ražotāji ir pievienojušies ūdeņraža automašīnām, veicot lielas likmes, tāpat kā Toyota gadījumā.
No 2005. līdz 2007. gadam Eiropā notika arī svarīgs solis, kad BMW testēja savu pirmo luksusa automašīnu, kas darbojās ar ūdeņradi. Tas viss ir par modeli BMW ūdeņradis 7, kas varēja sasniegt maksimālo ātrumu 301 km/h, bija ietilpīgāks nekā iepriekšējie koncepti un ar lielu darbības rādiusu. No šejienes citas Eiropas nozares sāka darīt to pašu ar saviem rūpnieciskajiem un civilajiem transportlīdzekļiem.
Ūdeņraža dzinēju priekšrocības un trūkumi
Protams, izmantojot ūdeņradi kā degvielu tās priekšrocības un trūkumi Ko mēs šeit redzēsim:
Priekšrocība
- Ja ūdeņradis ir zaļš, tas var būt ļoti tīra un videi draudzīga degviela, jo emisijas ir nulle vai gandrīz niecīgas, un viens no produktiem, kas rodas pēc reakcijas, ir H2O vai ūdens.
- Tie ir dzinēji ar efektīvākām tehnoloģijām. Gandrīz 200 gadu attīstības laikā šim motoram ir izdevies sasniegt maksimālo veiktspēju un optimizāciju ar 80% efektivitāti. Tas nozīmē, ka 80% ūdeņraža tiek izmantoti vilces nodrošināšanai. Lai gan fosilā kurināmā dzinējos šī efektivitāte daudzos gadījumos var svārstīties no 20 līdz 40%.
- To var izmantot arī smagam transportam, piemēram, kuģiem, vilcieniem utt.
Trūkumi
- Ja tas ir pelēks ūdeņradis, tas piesārņo savā ražošanā. Diemžēl liela daļa pašreizējā ūdeņraža ir pelēkā krāsā, jo to ir lētākais iegūt, sadedzinot fosilo kurināmo vai gāzi. Tomēr ir arī zilais ūdeņradis un zaļais ūdeņradis, jo zaļais ir tas, kas tiek ražots bez emisijām, jo tā ražošanai izmanto atjaunojamo enerģiju un tā ir nākotne.
- Tā ir bīstama gāze, ar kuru rīkoties. Gan tā uzglabāšana, gan transportēšana ir bīstama. Jums ir vajadzīgas tvertnes, kas iztur augstu spiedienu un spēj pretoties negadījumiem, jo pretējā gadījumā saskarē ar gaisu notiks ļoti vardarbīgas reakcijas, kas var izbeigt apkalpes dzīvību.
- Nav lieliskas infrastruktūras ūdeņraža uzpildīšanai, kā arī nav tādas, kas paredzētas elektriskajām ierīcēm. Šajā ziņā viņiem ir jāiet tālāk, lai panāktu esošās degvielas uzpildes stacijas.