De waterstof auto's Ze zijn verbannen naar de tweede plaats met de bekendheid van hybride, gas- en elektrische auto's. Waterstof zou echter de brandstof van de toekomst kunnen zijn, met voordelen die veel beter zijn dan elektrische voertuigen op het gebied van respect voor het milieu. En het is dat elektrische auto's geen uitstoot hebben, maar hun batterijen vormen een serieuze uitdaging voor het milieu vanwege de productie van lithium en de recycling en het afvalbeheer ervan. Waterstof is echter de kip met de gouden eieren, allemaal voordelen...
Wat is waterstof?
El waterstof Het is een chemisch element van het periodiek systeem dat wordt gekenmerkt door het eenvoudigste van allemaal, met atoomnummer 1. Het is een heel licht gas, het kan worden opgeslagen en het genereert zelf geen vervuilende emissies. Met deze eigenschappen is het een perfecte kandidaat voor gebruik als brandstof. Bovendien is het zeer overvloedig op aarde en kan het gemakkelijk worden geproduceerd door middel van chemische processen. Hernieuwbare energie kan zelfs worden gebruikt om dit type gas te produceren. Het kan dus ook een manier zijn om duurzame energie te verkrijgen.
soorten waterstof
Er is een kleurennomenclatuur die waterstof classificeert op basis van de manier waarop het is verkregen. Het is belangrijk om de bestaande soorten waterstof, zoals:
- Grijze waterstof: Dit type waterstof wordt verkregen door het reformeren van fossiele brandstoffen, zoals aardgas. Het is op dit moment de goedkoopste waterstof om te produceren, maar tijdens de productie komt er CO2 in de atmosfeer, dus het is geen schone manier om het te verkrijgen. Het is de goedkoopste en de meest geproduceerde vandaag.
- blauwe waterstof: Het is een ander type waterstof dat wordt verkregen uit fossiele brandstoffen, maar dit keer met technieken die in staat zijn om de CO2-emissies die tijdens het proces worden geproduceerd op te vangen en op te slaan, zodat ze niet in de atmosfeer terechtkomen, dus het heeft minder impact op het milieu dan grijs. Natuurlijk worden de emissies tijdens de productie niet volledig geëlimineerd, maar wel verminderd. De productieprijs van dit type waterstof ligt tussen.
- Groene waterstof: Hij is de beste van de drie, en er zal veel over hem gesproken worden. Deze hernieuwbare waterstof wordt verkregen door elektrolyse van water, waardoor er tijdens het proces geen vervuiling ontstaat. Bovendien wordt het voeden van de elektrolysesystemen gedaan met hernieuwbare energiebronnen zoals wind of zon, dus het is een duurzame en volledig schone brandstof. Het wordt momenteel echter in kleinere hoeveelheden geproduceerd dan de vorige twee en is het duurst.
De uitdaging is om alle andere waterstofsoorten te vervangen door groene waterstof, en wel op deze manier zorg voor de juiste brandstof.
Hoe wordt waterstof verkregen?
Waterstof kan, zoals we in de vorige paragraaf hebben gezien, op verschillende manieren worden geproduceerd. Maar ongeacht de energie die betrokken is bij het productieproces, laten we nu eens kijken naar de manieren waarop dit gas kan worden verkregen zo overvloedig:
- moleculaire transformatie: Deze techniek wordt bereikt door een reeks chemische reacties om waterstof te verkrijgen. Een van de meest gebruikte technieken is het gebruik van aardgas uit olievelden. Stoom op hoge temperatuur wordt gebruikt om de koolstof te scheiden van de waterstof waaruit aardgas wordt gemaakt. Zo ontstaat enerzijds diwaterstof en anderzijds koolstofdioxide.
- Vergassing: is een methode die vergassing realiseert met waterdamp en zuivere zuurstof uit kolen of biomassa. In een reactor wordt steenkool of biomassa bij zeer hoge temperaturen verbrand. Bij deze verbranding komen gassen vrij waaronder het zeer giftige koolmonoxide (CO) en diwaterstof.
- elektrolyse van water: Het is de beste methode van de drie in termen van duurzaamheid en ook in termen van overvloed, aangezien het grootste deel van de aarde uit water bestaat. Daarom kan het worden verkregen uit het water van zeeën en oceanen. Hiervoor wordt een watertank gebruikt waar elektroden in worden gestoken. Door een continue elektrische stroom toe te passen, worden de watermoleculen (H2O) gescheiden in zuurstof (O2) en waterstof (H2). Wanneer de energiebron voor deze elektriciteit hernieuwbare energie is, zoals zon of wind, wordt deze waterstof groen genoemd.
Hoe werkt een waterstofmotor (brandstofcel)?
Als we het nodig hebben waterstof omzetten in energiekan waterstofgas worden opgeslagen in specifieke tanks van waaruit het naar een brandstofcel wordt geleid. Daar wordt het opnieuw gecombineerd met de zuurstof in de lucht (zoals gebeurt in een verbrandingsmotor wanneer lucht de cilinder binnenkomt om verbranding te veroorzaken), wat een energetische reactie veroorzaakt en zo energie wordt verkregen. Op deze manier worden er geen vervuilende gassen in de atmosfeer uitgestoten, aangezien het enige afval dat door dit type motor wordt geproduceerd, water is. Door zuurstof in de lucht te recombineren met waterstof ontstaan daarbij H2O-moleculen. Een water dat voor andere doeleinden zou kunnen worden gebruikt, onder meer om waterstof te regenereren door middel van elektrolyse.
Dankzij deze reactie tussen waterstof en zuurstof in je brandstofcel wordt elektriciteit opgewekt om de elektrische motor en rijden het voertuig. Dat wil zeggen dat waterstofauto's in wezen elektrisch zijn, al halen ze hun energie niet uit een lithiumbatterij of een ander type dat vervuilend is, noch uit een hybridemotor die ook uitstoot heeft. Sommige voertuigen van dit type kunnen echter een batterij hebben om de energie op te slaan die niet wordt verbruikt voor gebruik op een ander moment. Bij een hoge stroomvraag wordt bijvoorbeeld alle energie die uit de brandstofcel komt verbruikt, terwijl bij een lage vraag een deel kan worden omgeleid naar de elektromotoren en een deel kan worden opgeslagen in de accu.
Veel van deze voertuigen hebben ook een regeneratieve rem, dat wil zeggen om elektrische energie van het remmen te accumuleren, waardoor het waterstofverbruik wordt verminderd en een betere autonomie wordt bereikt. En, zoals ik al eerder zei, het enige afval dat wordt gegenereerd, is water, dat je via je uitlaat zult verdrijven.
Wat onderdelen van een waterstof-brandstofcelvoertuig, we hebben:
- vermogensregeleenheid: is een systeem dat zowel de levering van vermogen in de brandstofcel als het opladen van de accu's en het gebruik van deze elektrische energie optimaal regelt.
- Elektrische motor: Er kunnen er een of meer zijn. Dit is meestal een synchrone motor met permanente magneet die elektriciteit van de brandstofcel of batterij omzet in vermogen om het voertuig aan te drijven.
- brandstofcel spanningsomvormer: is het systeem in staat om de door de waterstof-brandstofcel opgewekte elektriciteit aan te passen om de juiste spanning voor de motoren te verkrijgen.
- brandstofcel groep: Het is het ware hart van het systeem, het onderdeel waarin de chemische energie afkomstig van de toevoer van waterstof uit de tanks en zuurstof uit de lucht wordt omgezet in elektrische energie.
- Batterij: de batterij is verantwoordelijk voor het opslaan van de energie die door de brandstofcel wordt gegenereerd en die wordt teruggewonnen bij het vertragen, en voor het versterken van het vermogen van de brandstofcel tijdens acceleratie in geval van grote vraag.
- hogedruk tanks: waterstof moet veilig worden opgeslagen in hogedruktanks. Daarnaast komen er overdrukventielen, een waarschuwing bij een waterstoflek en een drielaagse opbouw: één van glasvezelversterkt polymeer, een tussenpolymeer en de derde van koolstofvezelversterkte kunststof. Alles om zeer hoge druk te weerstaan.
werking van brandstofcellen
We hebben gezegd dat de brandstofcel, of Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV), is verantwoordelijk voor het opwekken van elektrische energie uit de reactie tussen waterstof en zuurstof uit de lucht in de atmosfeer. Welnu, om die elektriciteit te produceren, worden elektrochemische reacties gebruikt. Brandstofcellen gebruiken een anode en een kathode aan elke kant van de elektrolyt. Zo wordt waterstof aan de anode toegevoerd en wordt een katalysator gebruikt om positief geladen ionen te genereren die door het elektrolyt naar de kathode stromen. Ondertussen wordt aan de kathode lucht het systeem in gezogen en gecombineerd met een katalysator, waterstofionen en elektronen om warmte en water als bijproducten te produceren. Dit induceert een stroom die elektriciteit opwekt.
Ervaring met het besturen van een waterstofauto
In de praktijk blijkt bij het rijden met een waterstofvoertuig de ervaring is bijna identiek aan die van een batterij elektrisch voertuig. Er zijn echter enkele kleine verschillen, waarvan er vele in de loop van de tijd zullen worden verfijnd wanneer de technologie voortschrijdt, zoals ook het geval was bij elektrische auto's, die veel zijn veranderd van de eerste gepresenteerde modellen tot de huidige, ondanks het feit dat ze relatief jong. .
De uitdaging voor auto-ingenieurs is dat waterstof brandstofcellen werken het beste met constant vermogen. De vermogensbehoefte van een conventioneel voertuig wanneer deze op verschillende wegen wordt gebruikt, zoals in de stad of op de snelweg, vereist echter veranderingen in de vermogensafgifte. Iets waar ingenieurs aan werken om de best mogelijke resultaten te leveren.
De Toyota Mirai heeft bijvoorbeeld een 90 kW (120 pk) nominaal vermogen. Maar dat is niet genoeg voor acceleratie op hoge snelheid op de snelweg, dus voegt Toyota (net als andere HFCV-fabrikanten) een hoogspanningsbatterij met lage capaciteit toe, net zoals die wordt gebruikt in benzine-elektrische hybride voertuigen, om die extra acceleratie en kracht te bereiken wanneer geëist. Dit betekent ook niet dat er geen zeer krachtige auto's kunnen worden gemaakt met brandstofcellen, in feite is de Hyperion XP-1 supercar een waterstofauto die in ongeveer 0 seconden van 100-2.6 km/u kan accelereren en topsnelheden kan bereiken van 356 km/u.
Voor- en nadelen van waterstof als brandstof
Tot slot is het belangrijk om de en nadelen die waterstof moet gebruiken als brandstof voor voertuigen:
Voordelen
Onder de voordeel Van het gebruik van waterstof als brandstof hebben we:
- Geen uitstoot: waterstofvoertuigen stoten alleen water uit als bijproduct. Zo draag je bij aan het milieu.
- Snel tanken: het duurt maar een paar minuten om te tanken, aangezien u alleen de waterstoftanks opnieuw hoeft te vullen zoals u zou doen met diesel of benzine. Niets te maken met elektrische apparaten, die lange tijd aangesloten moeten blijven om hun batterij volledig op te laden. Bovendien zijn de gemiddelde kosten van een elektrische auto ongeveer € 8.5 per 100 km, vergelijkbaar met wat wordt uitgegeven aan brandstoffen zoals diesel of benzine. In plaats daarvan zou waterstof goedkoper kunnen zijn.
- Voldoet aan EU-doelstellingen: de doelstellingen van de EU om de uitstoot te verminderen worden ruimschoots gehaald door voertuigen op waterstof. In het EU-voorstel voor 2030 is het de bedoeling om de uitstoot van vervuilende gassen met 35% te verminderen en de waterstofauto 0.
- Minimaal onderhoud: Deze elektromotoren hebben minimaal, eenvoudig en goedkoop onderhoud nodig en zijn bovendien behoorlijk betrouwbaar. Daarom hoeft u in dit opzicht niet zoveel te investeren als in een voertuig met verbrandingsmotor.
- Stil: Ze zijn net zo stil als elektrische, dus ze zullen niet bijdragen aan de geluidsoverlast die in veel steden bestaat.
- Meer autonomie: waterstofauto's hebben meer autonomie, iets heel belangrijks. Terwijl elektrische voertuigen een actieradius van gemiddeld 300 km bieden, kunnen voertuigen op waterstof meer dan het dubbele bereiken. Ze zouden in de nabije toekomst zelfs een autonomie van meer dan 2000 km kunnen bereiken.
- Nul emissies: met de DGT Zero Emissions-sticker parkeert u zonder een cent te betalen in steden, zodat u dezelfde voordelen geniet als met elektrische auto's wanneer u door stedelijke gebieden rijdt.
- Bestand tegen extreme temperaturen: In tegenstelling tot 100% elektrische auto's kunnen waterstofauto's bij extremere temperaturen rijden. Het zal nauwelijks merkbaar zijn in de prestaties van het voertuig of in zijn autonomie, iets wat bij elektrische wel gebeurt.
Nadelen
Natuurlijk hebben waterstofvoertuigen dat ook zijn nadelen, alles leuk vinden. De meest prominente zijn:
- Prijs: Omdat het nog niet zo'n volwassen technologie is, hebben waterstofvoertuigen een hogere prijs dan conventionele auto's of elektrische auto's. Daarom is het een detail om rekening mee te houden. Op de lange termijn kunt u echter besparen op brandstof en in de werkplaats, gezien hun betrouwbaarheid. Bovendien moet gezegd worden dat deze auto's na verloop van tijd de neiging zullen hebben om in prijs te dalen, aangezien de technologie om brandstofcellen te maken en ook voor waterstoftanks meer volwassen zal worden, wat zeer veilig moet zijn om hoge druk te weerstaan en lekken te voorkomen. bij ongelukken die tot explosies kunnen leiden.
- Weinig punten om bij te tanken: Aangezien het op dit moment een minderheidsaandrijftechniek is, zoals bij de elektrische auto het geval is, zijn er niet veel punten om te tanken. Dit zou geleidelijk moeten veranderen. In Spanje zijn de sites bijvoorbeeld op de vingers van één hand te tellen, aangezien er slechts ongeveer 6 punten zijn in Sevilla, Albacete, Puertollano, Zaragoza, Huesca en Barbastro. Andere landen, zoals Duitsland, hebben al meer voertuigen van dit type en streven naar 500 tankpunten.
- Weinig variatie aan modellen: Omdat het niet zo'n wijdverspreide technologie is, zijn er momenteel weinig merken en modellen om uit te kiezen, hoewel dit ook zal veranderen naarmate de tijd verstrijkt en fabrikanten ze op grotere schaal gaan produceren. Daarnaast helpt het ontbreken van tankpunten of waterstofnetwerk niet om de verkoop van dit type voertuig aan te moedigen. Je hebt echter al geweldige waterstofauto's zoals de Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT, etc.
- niet compact: Gezien de complexiteit van de waterstoftanks en de brandstofcel, hebben deze auto's meestal grotere afmetingen, dus als u op zoek bent naar kleine nutsvoorzieningen, kunt u het vergeten. Tenminste voorlopig, totdat een hogere mate van verdichting is bereikt. Zelfs in sommige gevallen is de kofferbak meestal niet erg ruim, omdat andere mechanische componenten een deel van de ruimte in beslag nemen. In die zin zijn ze vergelijkbaar met elektrische.
- Gevaarlijk: Waterstof is zeer vluchtig en brandbaar. Om deze reden moeten waterstoftanks zeer resistent en veilig zijn, bestand tegen schokken, lekken vermijden met extra beveiligingssystemen en bestand zijn tegen hoge drukken. Alles om chauffeurs en andere passagiers veilig te houden. Dit leidt tot een ander afgeleid probleem en dat is dat de brandstofcel en de tanks doorgaans een beperktere gebruiksduur hebben, gegeven de veiligheidsvoorschriften. Momenteel wordt geschat dat de limiet van een waterstoftank 15 jaar is, waarna deze moet worden vervangen door een nieuwe. Wat betreft de brandstofcel, sommige fabrikanten schatten dat het zijn vermogen met 15% zou kunnen verminderen na ongeveer 225.000 km gebruik te hebben gemaakt, hoewel ze op dit punt beetje bij beetje verbeteren.