Hidrogen, bahan api masa depan?

The kereta hidrogen Mereka telah diturunkan ke tempat kedua dengan menonjolkan kereta hibrid, gas dan elektrik. Walau bagaimanapun, hidrogen boleh menjadi bahan api masa depan, dengan kelebihan yang jauh lebih baik daripada kenderaan elektrik dari segi menghormati alam sekitar. Dan kereta elektrik tidak mempunyai pelepasan, tetapi bateri mereka mewakili cabaran alam sekitar yang serius disebabkan oleh pengeluaran litium dan kitar semula dan pengurusan sisanya. Namun, hidrogen adalah angsa yang bertelur emas, semuanya adalah kelebihan...

Apa itu hidrogen?

El hidrogen Ia adalah unsur kimia jadual berkala yang dicirikan sebagai yang paling mudah daripada semua, dengan nombor atom 1. Ia adalah gas yang sangat ringan, ia boleh disimpan, dan ia tidak menjana pelepasan pencemaran dengan sendirinya. Dengan ciri-ciri ini ia adalah calon yang sesuai untuk digunakan sebagai bahan api. Di samping itu, ia sangat banyak di bumi, dan ia boleh dihasilkan dengan mudah melalui proses kimia. Tenaga boleh diperbaharui malah boleh digunakan untuk menghasilkan gas jenis ini. Oleh itu, ia juga boleh menjadi satu cara untuk mendapatkan tenaga boleh diperbaharui.

jenis hidrogen

Terdapat tatanama warna yang mengelaskan hidrogen mengikut cara ia diperoleh. Adalah penting untuk mengetahui jenis hidrogen sedia ada, seperti:

• Hidrogen kelabu: Hidrogen jenis ini diperoleh dengan memperbaharui bahan api fosil, seperti gas asli. Ia adalah hidrogen termurah untuk dihasilkan pada masa ini, tetapi CO2 dipancarkan ke atmosfera semasa pengeluaran, jadi ia bukan cara yang bersih untuk mendapatkannya. Ia adalah yang paling murah dan paling banyak dihasilkan hari ini.
• hidrogen biru: Ia adalah satu lagi jenis hidrogen yang diperoleh daripada bahan api fosil, tetapi kali ini dengan teknik yang mampu menangkap dan menyimpan pelepasan CO2 yang dihasilkan semasa proses supaya ia tidak dilepaskan ke atmosfera, jadi ia mempunyai kesan alam sekitar yang kurang daripada kelabu. Sudah tentu, pelepasan semasa pengeluarannya tidak dihapuskan sepenuhnya, tetapi ia dikurangkan. Harga pengeluaran hidrogen jenis ini adalah sederhana.
• Hidrogen hijau: Dia adalah yang terbaik daripada ketiga-tiga mereka, dan dia akan banyak diperkatakan. Hidrogen yang boleh diperbaharui ini diperoleh melalui elektrolisis air, jadi tiada pencemaran yang dihasilkan semasa proses tersebut. Di samping itu, untuk memberi makan kepada sistem elektrolisis ia dilakukan dengan tenaga boleh diperbaharui seperti angin atau solar, jadi ia adalah bahan api yang mampan dan bersih sepenuhnya. Walau bagaimanapun, pada masa ini ia dihasilkan dalam kuantiti yang lebih kecil daripada dua sebelumnya dan merupakan yang paling mahal.

Cabarannya adalah untuk menggantikan semua hidrogen lain dengan hidrogen hijau, dan dengan cara ini dapatkan bahan api yang betul.

Bagaimanakah hidrogen diperolehi?

Hidrogen, seperti yang telah kita lihat dalam bahagian sebelumnya, boleh dihasilkan dalam pelbagai cara. Tetapi tanpa mengira tenaga yang terlibat dalam proses pengeluarannya, mari kita lihat pada cara bagaimana gas ini boleh diperolehi begitu banyak:

• transformasi molekul: Teknik ini dicapai daripada satu siri tindak balas kimia untuk mendapatkan hidrogen. Antara teknik yang paling banyak digunakan ialah penggunaan gas asli yang diperoleh daripada medan minyak. Stim suhu tinggi digunakan untuk mengasingkan karbon daripada hidrogen yang mana gas asli dibuat. Beginilah cara dihidrogen diperoleh di satu pihak dan karbon dioksida di pihak yang lain.
• Pengegasan: ialah kaedah yang mencapai pengegasan dengan wap air dan oksigen tulen daripada arang batu atau biojisim. Dalam reaktor, arang batu atau biojisim dibakar pada suhu yang sangat tinggi. Pembakaran ini membebaskan gas antaranya ialah karbon monoksida (CO) dan dihidrogen yang sangat toksik.
• elektrolisis air: Ia adalah kaedah terbaik dari ketiga-tiga dari segi kemampanan dan juga dari segi kelimpahan, kerana kebanyakan bumi terdiri daripada air. Oleh itu, ia boleh didapati daripada air laut dan lautan. Untuk ini, tangki air digunakan di mana elektrod dimasukkan. Dengan menggunakan arus elektrik yang berterusan, molekul air (H2O) dipisahkan kepada oksigen (O2) dan hidrogen (H2). Apabila sumber kuasa untuk elektrik ini adalah tenaga boleh diperbaharui, seperti solar atau angin, hidrogen ini dikatakan hijau.

Bagaimanakah enjin hidrogen (sel bahan api) berfungsi?

Apabila kita memerlukan menukar hidrogen kepada tenaga, gas hidrogen boleh disimpan dalam tangki tertentu dari mana ia disalurkan ke sel bahan api. Di sana ia digabungkan semula dengan oksigen di udara (seperti yang berlaku dalam enjin pembakaran dalaman apabila udara memasuki silinder untuk menyebabkan pembakaran), yang menghasilkan tindak balas yang bertenaga dan dengan itu tenaga diperolehi. Dengan cara ini, sebarang jenis gas pencemar tidak akan dipancarkan ke atmosfera, kerana satu-satunya sisa yang dihasilkan oleh enjin jenis ini ialah air. Menggabungkan semula oksigen di udara dengan hidrogen menghasilkan molekul H2O dalam proses itu. Air yang boleh digunakan untuk tujuan lain, termasuk untuk menjana semula hidrogen melalui elektrolisis.

Terima kasih kepada tindak balas antara hidrogen dan oksigen dalam sel bahan api anda, tenaga elektrik dijana untuk menggerakkan motor elektrik dan memandu kenderaan. Maksudnya, kereta hidrogen pada asasnya adalah elektrik, walaupun mereka tidak mendapat tenaga daripada bateri litium atau jenis lain yang mencemarkan, mahupun daripada enjin hibrid yang juga mempunyai pelepasan. Walau bagaimanapun, sesetengah kenderaan jenis ini boleh mempunyai bateri untuk menyimpan tenaga yang tidak digunakan untuk digunakan pada masa lain. Sebagai contoh, apabila permintaan kuasa tinggi, semua tenaga yang datang daripada sel bahan api digunakan, manakala jika ia rendah, sebahagian boleh dialihkan ke motor elektrik dan sebahagian untuk disimpan dalam bateri.

Kebanyakan kenderaan ini juga mempunyai brek regeneratif, iaitu, untuk mengumpul tenaga elektrik daripada brek, sekali gus membantu mengurangkan penggunaan hidrogen dan mencapai autonomi yang lebih baik. Dan, seperti yang saya nyatakan sebelum ini, satu-satunya sisa yang terhasil ialah air, yang akan anda keluarkan melalui paip ekzos anda.

Bagi yang komponen kenderaan sel bahan api hidrogen, kami ada:

• unit kawalan kuasa: ialah sistem yang mengawal penghantaran kuasa secara optimum dalam sel bahan api, serta pengecasan bateri dan penggunaan tenaga elektrik ini.
• Motor elektrik: Mungkin ada satu atau lebih. Ini biasanya motor segerak magnet kekal yang akan menukar elektrik daripada sel bahan api atau bateri kepada kuasa untuk menggerakkan kenderaan.
• penukar voltan sel bahan api: adalah sistem yang mampu menyesuaikan tenaga elektrik yang dihasilkan oleh sel bahan api hidrogen untuk mendapatkan voltan yang mencukupi untuk motor.
• kumpulan sel bahan api: Ia adalah jantung sebenar sistem, komponen di mana tenaga kimia yang datang daripada bekalan hidrogen dari tangki dan oksigen dari udara diubah menjadi tenaga elektrik.
• Bateri: bateri bertanggungjawab untuk menyimpan tenaga yang dijana oleh sel bahan api dan yang pulih daripada nyahpecutan, serta mengukuhkan kuasa sel bahan api semasa pecutan dalam kes permintaan tinggi.
• tangki tekanan tinggi: hidrogen mesti disimpan dengan selamat dalam tangki tekanan tinggi. Di samping itu, akan ada injap terlebih tekanan, amaran sekiranya berlaku kebocoran hidrogen dan struktur tiga lapisan: satu diperbuat daripada polimer bertetulang gentian kaca, polimer perantaraan dan yang ketiga diperbuat daripada plastik bertetulang gentian karbon. Segala-galanya untuk menahan tekanan yang sangat tinggi.

operasi sel bahan api

Kami telah berkata bahawa sel bahan api, atau Kenderaan Elektrik Sel Bahan Api Hidrogen (FCEV), bertanggungjawab menjana tenaga elektrik daripada tindak balas antara hidrogen dan oksigen daripada udara di atmosfera. Nah, untuk menghasilkan elektrik itu, tindak balas elektrokimia digunakan. Sel bahan api akan menggunakan anod dan katod pada setiap sisi elektrolit. Sebagai contoh, hidrogen disalurkan ke anod dan pemangkin digunakan untuk menghasilkan ion bercas positif yang mengalir melalui elektrolit ke katod. Sementara itu, di katod, udara ditarik ke dalam sistem dan bergabung dengan pemangkin, ion hidrogen, dan elektron untuk menghasilkan haba dan air sebagai hasil sampingan. Ini mendorong arus, menjana elektrik.

Pengalaman memandu kenderaan hidrogen

Dalam amalan, apabila memandu kenderaan hidrogen pengalaman hampir sama dengan kenderaan elektrik bateri. Walau bagaimanapun, terdapat sedikit perbezaan, banyak daripada mereka akan diperhalusi dari masa ke masa, apabila teknologi berkembang, seperti yang mereka lakukan dalam kereta elektrik, yang telah banyak berubah daripada model pertama yang dibentangkan kepada yang semasa, walaupun pada hakikatnya ia adalah agak muda. .

Cabaran bagi jurutera automotif ialah sel bahan api hidrogen bekerja terbaik dengan kuasa berterusan. Walau bagaimanapun, permintaan kuasa kenderaan konvensional apabila mengambilnya di jalan yang berbeza, seperti bandar atau lebuh raya, memerlukan perubahan dalam penghantaran kuasa. Sesuatu yang diusahakan oleh jurutera untuk memberikan hasil yang terbaik.

Contohnya, Toyota Mirai, mempunyai a Kuasa undian 90 kW (120 kuasa kuda).. Tetapi itu tidak mencukupi untuk pecutan lebuh raya berkelajuan tinggi, jadi Toyota (seperti pengeluar HFCV lain) menambah bateri berkapasiti rendah, voltan tinggi, sama seperti yang digunakan dalam kenderaan hibrid petrol-elektrik, untuk membantu mencapai pecutan dan kuasa tambahan itu apabila dituntut. Selain itu, ini tidak bermakna kereta yang sangat berkuasa tidak boleh dibuat dengan sel bahan api, malah, supercar Hyperion XP-1 ialah kereta hidrogen yang boleh memecut dari 0-100 km/j dalam kira-kira 2.6 saat, dan mencapai kelajuan tertinggi 356 km/j.

Kebaikan dan keburukan hidrogen sebagai bahan api

Akhir sekali, adalah penting untuk menyerlahkan kelebihan dan kekurangan yang perlu menggunakan hidrogen sebagai bahan api untuk kenderaan:

kelebihan

Antara kelebihan Daripada penggunaan hidrogen sebagai bahan api kita ada:

• Sifar pelepasan: kenderaan hidrogen hanya membebaskan air sebagai hasil sampingan. Oleh itu, anda menyumbang kepada alam sekitar.
• Cepat mengisi minyak: ia akan mengambil masa hanya beberapa minit untuk mengisi minyak, kerana anda hanya perlu mengisi semula tangki hidrogen seperti yang anda lakukan dengan diesel atau petrol. Tiada kaitan dengan yang elektrik, yang perlu dipasang untuk masa yang lama untuk mengecas baterinya sepenuhnya. Di samping itu, kos purata kereta elektrik ialah kira-kira €8.5 setiap 100 km, sama seperti apa yang dibelanjakan untuk bahan api seperti diesel atau petrol. Sebaliknya, hidrogen mungkin lebih murah.
• Memenuhi sasaran EU: objektif yang ditetapkan oleh EU untuk mengurangkan pelepasan adalah lebih daripada dipenuhi oleh kenderaan hidrogen. Dalam cadangan EU untuk 2030 ia bertujuan untuk mengurangkan pelepasan gas pencemar sebanyak 35%, dan kereta hidrogen mengeluarkan 0.
• Penyelenggaraan minimum: Motor elektrik ini memerlukan penyelenggaraan yang minimum, mudah dan murah, serta agak boleh dipercayai. Oleh itu, anda tidak perlu melabur sebanyak dalam kenderaan enjin pembakaran dalam hal ini.
• Senyap: Mereka senyap seperti elektrik, jadi mereka tidak akan menyumbang kepada pencemaran bunyi yang wujud di banyak bandar.
• Autonomi yang lebih besar: kereta hidrogen mempunyai autonomi yang lebih besar, sesuatu yang sangat penting. Walaupun kenderaan elektrik menawarkan jarak 300 km secara purata, kenderaan hidrogen boleh mencapai lebih daripada dua kali ganda. Mereka juga boleh mencapai autonomi lebih daripada 2000 km dalam masa terdekat.
• Sifar Pelepasan: dengan pelekat DGT Zero Emissions anda boleh meletak kereta tanpa membayar sesen pun di bandar, jadi anda boleh mendapat kelebihan yang sama seperti kereta elektrik semasa memandu melalui kawasan bandar.
• Menahan suhu yang melampau: Tidak seperti 100% kereta elektrik, kereta hidrogen boleh beroperasi dalam suhu yang lebih melampau. Ia tidak akan ketara dalam prestasi kenderaan atau dalam autonominya, sesuatu yang berlaku dengan kenderaan elektrik.

kelemahan

Sudah tentu, kenderaan hidrogen juga mempunyai keburukannya, seperti segala-galanya. Yang paling menonjol ialah:

• Harga: Oleh kerana ia bukan teknologi yang matang, kenderaan hidrogen mempunyai harga yang lebih tinggi daripada kereta konvensional atau kereta elektrik. Oleh itu, ia adalah perincian untuk dipertimbangkan. Walau bagaimanapun, dalam jangka masa panjang anda boleh menjimatkan minyak dan di bengkel, memandangkan betapa boleh dipercayai mereka. Di samping itu, mesti dikatakan bahawa kereta ini akan cenderung turun harga seiring dengan berlalunya masa, kerana teknologi untuk mencipta sel bahan api dan juga untuk tangki hidrogen akan lebih matang, yang pastinya sangat selamat untuk menahan tekanan tinggi dan mengelakkan kebocoran. dalam kemalangan, yang boleh mengakibatkan letupan.
• Beberapa mata untuk mengisi minyak: Memandangkan ia kini merupakan teknologi pendorong minoriti, seperti halnya dengan kereta elektrik, tidak banyak tempat untuk mengisi minyak. Ini sepatutnya berubah secara beransur-ansur. Di Sepanyol, sebagai contoh, tapak boleh dikira dengan jari satu tangan, kerana terdapat hanya kira-kira 6 mata di Seville, Albacete, Puertollano, Zaragoza, Huesca dan Barbastro. Negara lain, seperti Jerman, sudah mempunyai lebih banyak kenderaan jenis ini, dan mempunyai matlamat untuk mencapai sehingga 500 tempat mengisi minyak.
• Pelbagai model yang sedikit: Memandangkan ia bukan teknologi yang begitu meluas, pada masa ini terdapat beberapa jenama dan model untuk dipilih, walaupun ini juga akan berubah mengikut peredaran masa dan pengeluar menghasilkannya pada skala yang lebih besar. Selain itu, kekurangan tempat mengisi minyak atau rangkaian hidrogen tidak membantu untuk menggalakkan penjualan kenderaan jenis ini. Walau bagaimanapun, anda sudah mempunyai kereta hidrogen yang hebat seperti Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT, dsb.
• tidak padat: Memandangkan kerumitan tangki hidrogen dan sel bahan api, kereta ini cenderung mempunyai dimensi yang lebih besar, jadi jika anda mencari utiliti bersaiz kecil, anda boleh melupakannya. Sekurang-kurangnya buat masa ini, sehingga tahap pemadatan yang lebih tinggi dicapai. Malah dalam beberapa kes, batangnya biasanya tidak begitu luas, kerana komponen mekanikal lain menggunakan sebahagian daripada ruangnya. Dalam pengertian ini mereka serupa dengan yang elektrik.
• bahaya: Hidrogen sangat mudah meruap dan mudah terbakar. Atas sebab ini, tangki hidrogen mestilah sangat tahan dan selamat, menahan impak, mengelakkan kebocoran dengan sistem keselamatan tambahan, dan menahan tekanan tinggi. Semuanya untuk memastikan pemandu dan penumpang lain selamat. Ini membawa kepada satu lagi masalah yang timbul, iaitu sel bahan api dan tangki biasanya mempunyai hayat kegunaan yang lebih terhad, berdasarkan peraturan keselamatan. Pada masa ini, dianggarkan bahawa had tangki hidrogen ialah 15 tahun, pada masa itu ia perlu diganti dengan yang baru. Bagi sel bahan api pula, sesetengah pengeluar menganggarkan ia boleh mengurangkan kuasanya sebanyak 15% selepas melakukan kira-kira 225.000 km penggunaan, walaupun sedikit demi sedikit mereka bertambah baik dalam hal ini.