brenselcelle vs hydrogenmotor

brenselcelle vs hydrogenmotor

Med hydrogenteknologi Ulike typer motorer har dukket opp. På den ene siden har vi hydrogenbiler som bruker en brenselcelle til å produsere energien som er nødvendig for å sirkulere, og på den andre har vi hydrogenforbrenningsmotorer. Dette reiser mange spørsmål, men de er veldig forskjellige.

Du bør vite hva disse er forskjeller og drift av disse to ekstremt forskjellige aspektene, men som bruker samme drivstoff for å fungere...

Hydrogen brenselcellekjøretøyer

brenselcelle

den brenselcellekjøretøy, også kjent som FCV-er eller FCEV-er, er en type elektrisk kjøretøy som bruker en brenselcelle som en energikilde som brukes til å drive motorene eller lagre energi i et batteri for å bruke den når det er nødvendig.

brenselsceller generere elektrisitet vanligvis ved å bruke oksygen fra luften og komprimert hydrogen i tanker. Det finnes imidlertid andre brenselceller som kan bruke andre grunnstoffer til å generere strøm, men her er vi kun interessert i hydrogen.

Disse kjøretøyene konsentrerer forurensningene fra hydrogenproduksjonen på stedet der hydrogenet produseres (eller under transport og lagring av hydrogenet, som også kan generere forurensninger fra lastebiler og andre involverte motorer), hvis det ikke er hydrogen. Det vil si selve kjøretøyene ikke avgir noen form for forurensning mens de sirkulerer.

Alle brenselceller er bygd opp av tre grunnleggende deler:

  • Elektrolytt: er et stoff som inneholder frie ioner i sammensetningen, noe som får det til å oppføre seg som en elektrisk leder.
  • Anode: Det er en elektrode eller terminal på batteriet som produserer en oksidasjonsreaksjon der det mister elektroner. Derfor oppfører den seg som en positiv pol.
  • Katode: Det er en elektrode eller terminal på batteriet som gjennomgår en reduksjonsreaksjon, det vil si en reaksjon der det mottar elektroner. Derfor oppfører den seg som en negativ pol.

På denne måten, a hydrogen brenselcelle Det fungerer som et vanlig batteri, og produserer elektrisk energi for å drive motoren eller lagre den i et batteri. Men mens batteriet må lades, vil brenselcellen være drevet av drivstoff, i dette tilfellet hydrogen.

største utfordringene

Ett av største utfordringene Denne typen kjøretøy ansikter er det faktum at de trenger svært sikre lagringstanker for å tåle høyt trykk og forhindre lekkasjer i tilfelle en ulykke som kan generere svært voldsomme reaksjoner. Selvsagt er heller ikke infrastrukturen for tanking utbredt, og det er vanskelig å finne tankpunkter for hydrogen.

Til alt dette må vi legge til at de første brenselcelledesignene hadde en livstjeneste redusert, selv om det er gjort noen fremskritt i denne forbindelse. For eksempel kan polymerelektrolyttmembran eller PEM-celler ha opptil 7300 timer under syklusforhold.

På den annen side bør det bemerkes at hydrogen brenselceller de er relativt dyre å produsere, siden det brukes dyre materialer, for eksempel platina, som fungerer som en katalysator. Videre må hydrogen også produseres og lagres trygt, noe som også gjør denne teknologien dyrere. Heldigvis utvikles nye hydrogenbrenselceller som bruker nanopartikler for tiden, noe som krever mye mindre platina og lavere kostnader.

historie

chevrolet elektrovan

Brenselcellekonseptet var et fenomen først demonstrert i 1801, av Humphry Davy. Oppfinnelsen skyldes imidlertid William Grove. Gjennom Groves eksperimenter på det han kalte et "gassvoltaisk batteri", demonstrerte de at det var mulig å produsere kraft fra hydrogengass og oksygen. Dette var i 1842 han beviste den elektrokjemiske reaksjonen mellom hydrogen og oksygen over en platinakatalysator.

Senere ingeniøren Francis Thomas Bacon han forbedret Groves arbeid ved å lage forskjellige alkaliske brenselceller mellom 1939 og 1959. Det første kjøretøyet som brukte disse brenselcellene var en modifisert Allis-Chalmers gårdstraktor på den tiden, som produserte opptil 15 kW kraft.

La romkappløp i den kalde krigen det var også et stort løft for disse brenselcelleteknologiene som ble brukt i romferder for å produsere elektrisk kraft. Dette var et gjennombrudd, og brukte det i blant annet Apollo-kapsler og månemoduler.

Det skulle imidlertid ikke være før i 1966, da General Motors utviklet det første kjøretøyet som brukte brenselcelle. var den berømte chevrolet elektrisk varebil. Dette kjøretøyet hadde en PEM brenselcelle og kunne kjøre opptil 193 km med en toppfart på 113 km/t. Det var en toseter, siden det ikke var plass til flere, fordi nødvendig drivstoff ble lagret i to store hydrogen- og oksygentanker som okkuperte bak på lastebilen. Bare en enkelt varebil ble bygget, og prisen var uoverkommelig.

På 80-tallet ble brenselceller brakt tilbake for romapplikasjoner, slik som de som er inkludert i romfergen. Men nedleggelse av Apollo-programmet det fikk mange NASA brenselcelleeksperter til å gå til private selskaper, hvor de fortsatte utviklingen for å bære noen frukter i senere tiår.

hydrogen forbrenningskjøretøy

hydrogen forbrenningsmotor

El kjøretøy med forbrenningsmotor med hydrogen, også kalt HICEV med sitt akronym på engelsk, er en type hydrogenkjøretøy som ikke må forveksles med den som bruker en brenselcelle. I dette tilfellet snakker vi ikke lenger om et elektrisk kjøretøy, men snarere en forbrenningsmotor som bensin eller diesel.

Mens brenselcellekjøretøyer bruker en elektrokjemisk reaksjon for å produsere elektrisitet for å drive elektriske motorer, bruker forbrenningskjøretøyer en syklus som ligner på fossilt brensel. Faktisk er det en modifikasjon av konvensjonelle forbrenningsmotorer.

Tørr luft består av 78 % nitrogen, 21 % oksygen og 1 % argon.

Bare i dette tilfellet, i stedet for å bruke luft for å gi oksygen og drivstoff til forbrenning, brukes hydrogen og oksygen til å generere den eksplosive reaksjonen som vil bevege sylinderstemplene. Forskjellen er at under denne reaksjonen produseres det ikke CO2, hydrokarboner eller andre forurensende partikler i eksosrøret, som i fossilt brensel. I dette tilfellet genereres bare vann, så utslippene fra disse kjøretøyene er nær null.

Drivhusgassene er vanndamp (H2O), karbondioksid (CO2), lystgass (N2O), metan (CH4) og ozon (O3).

Og de er ikke helt null av en grunn, og det er at mens hydrogenet i drivstofftanker er rent, når det gjelder luft, har det noe mer enn oksygen, som du godt vet. Av denne grunn kan noen av disse gassene som finnes i luften reagere med hydrogen og avgir nitrogenoksider eller NOx. Disse utslippene er imidlertid mye mindre problematiske enn andre drivstoff.

Forurensende utslipp og andre problemer

grønt hydrogen

Mens disse kjøretøyene har fordelen av å ikke være begrenset av sykluser som brenselcelleI tillegg til andre store fordeler har de fortsatt det samme problemet med hydrogenproduksjon og -lagring som brenselcellesystemene hadde. Det er nødvendig å fremheve hva utslippene fra disse kjøretøyene er.

Vel, forbrenning av hydrogen med oksygen produserer vanndamp som eneste produkt, som er en av drivhusgassene, kan imidlertid fanges opp for lagring og gjøres flytende som vann når den avkjøles.

2H 2 + O. 2 → 2 timer 2 O

I stedet, som vi har sagt, luften har noe mer enn oksygen. Det er her problemet kommer fra, siden man ved å kombinere hydrogen og nitrogen kan produsere den berømte NOx som jeg har nevnt ovenfor. Derfor kan de ikke kalles nullutslipp. Det vil si at formelen for den kjemiske reaksjonen vil se mer ut som denne i virkeligheten:

H 2 + O. 2 + N 2 →H 2 O + NEI x

Europeiske utslippsstandarder måler utslipp av karbonmonoksid (CO), hydrokarboner (HC), nitrogenoksider (NOx), atmosfæriske partikler og antall partikler. Derfor, selv om gassene som slippes ut ved forbrenning av hydrogen bare samsvarer med den listen i NOx, og lite annet, er det derfor de ikke kan sies å være strengt tatt nullutslipp.

På den annen side må det tas hensyn til at motorer ikke er perfekte, og noe smøremiddel kan komme inn i forbrenningskammeret slik det også skjer i bensin- eller dieselmotorer. I dette tilfellet kan avgassene også inneholde olje eller oljebiprodukter på grunn av forbrenning.

I tillegg, som jeg antydet i første avsnitt i denne delen, er hydrogen byr på et annet problem, og det er din trygge oppbevaring. Husk at hydrogen lett antennes sammenlignet med andre drivstoff. Derfor, hvis hydrogengassen slipper ut eller det skjer en ulykke, når den kommer i kontakt med luft, vil en meget kraftig eksplosiv reaksjon finne sted.

Ettermontering av eksisterende motorer

motordeler

Las diferencias av en konvensjonell ICE-motor og en bensin- eller dieselmotor er spesielt fokusert på aspekter som:

  • Ventiler og ventilseter herdet.
  • Sterkere koblingsstenger enn i tradisjonelle motorer.
  • En drivstoffmotorblanding vil ha et luft/drivstoff-forhold på 29 % hydrogen og 71 % luft, og genererer kraft som kan være opptil 15 % mer enn bensinmotorer, eller 15 % mindre, avhengig av type. .
  • Luften og drivstoffet (hydrogen), i denne typen motorer blandes ikke før, men forbrenningskammeret vil kun fylles med luft og deretter sprøytes hydrogenet inn i det. Ellers ville eksplosjonen skje utenfor sylinderen.
  • Tennplugger med ikke-platinaspisser.
  • Tennspole med høyere spenning.
  • Drivstoffinjektorer som må tilpasses for gass i stedet for væske.
  • Større veivakseldemper.
  • Sterkere hodepakning.
  • Modifisert inntaksmanifold for kompressoren.
  • Overtrykk superlader.
  • Motorolje med høy temperatur.

Det vil si ved å gjøre disse modifikasjoner på en konvensjonell bensinmotor Den kan være perfekt tilpasset til å kjøre på hydrogen, noe som er en annen stor fordel, å kunne dra nytte av dagens teknologi utviklet for denne typen motorer eller å modifisere klassiske motorer slik at den kan kjøre på et mer miljøvennlig drivstoff.

historie

rivaz motor

Hydrogen forbrenningsmotorer ble først designet i 1806 av Francois Isaac de Rivaz. Den første var kjent som De Rivaz-motoren, som brukte en blanding av hydrogen og oksygen for å kjøre. Senere, i 1863, produserte Étienne Lenoir også Hippomobile, et annet hydrogenkjøretøy.

I 1970 fant også en annen viktig begivenhet sted, og det er at Paul Dieges patenterte måten som modifisere bensin forbrenningsmotorer å kjøre på hydrogen. Samme dato siden University of Tokyo la vekt på disse motorene og begynte å utvikle teknologier knyttet til disse motorene og drive fremtidens kjøretøy, både biler, lastebiler, fly, skip, etc.

Som du vet, Den japanske produsenten Mazda utviklet en motor av typen Wankel som brukte hydrogen som drivstoff. Fordelen med å bruke denne Wankel ICE er at modifikasjonen som denne motoren trenger er mye mindre enn den som trengs av andre alternative ICEer. Andre japanske produsenter har også sluttet seg til hydrogenbiler, og satser stort, som i tilfellet med Toyota.

Mellom 2005 og 2007, i Europa, var det også et viktig skritt, da BMW testet sin første luksusbil som gikk på hydrogen. Alt handler om modellen BMW Hydrogen 7, som kunne nå en toppfart på 301 km/t, var romsligere enn tidligere konsepter, og hadde lang rekkevidde. Herfra begynte andre europeiske industrier å gjøre det samme med sine industrielle og sivile kjøretøy.

Fordeler og ulemper med hydrogenmotorer

hydrogenmotor

Selvfølgelig har det å bruke hydrogen som drivstoff dens fordeler og ulemper Hva skal vi se her:

Advantage

  • Hvis hydrogenet er grønt, kan det være et veldig rent og miljøvennlig drivstoff, siden utslippene er null eller nesten ubetydelige, og et av produktene som produseres etter reaksjonen er H2O eller vann.
  • De er motorer med mer effektive teknologier. I løpet av nesten 200 år med utvikling har denne motoren klart å oppnå maksimal ytelse og optimalisering, med en effektivitet på 80 %. Det vil si at 80 % av hydrogenet brukes til å produsere trekkraft. Mens i fossile drivstoffmotorer kan denne effektiviteten variere mellom 20 og 40 % i mange tilfeller.
  • Den kan også brukes til tungtransport som skip, tog, etc.

Ulemper

  • Hvis det er grått hydrogen, forurenser det i produksjonen. Dessverre er en høy prosentandel av dagens hydrogen grå, da det er billigst å produsere gjennom forbrenning av fossilt brensel eller gass. Det er imidlertid også blått hydrogen og grønt hydrogen, grønt er det som produseres med null utslipp, siden det bruker fornybar energi til produksjonen og er fremtiden.
  • Det er en farlig gass å håndtere. Både lagring og transport er farlig. Du trenger stridsvogner som tåler høyt trykk og som kan motstå ulykker, siden det ellers vil oppstå svært voldsomme reaksjoner i kontakt med luften som kan ende livet til mannskapet.
  • Det er ingen stor infrastruktur for å fylle drivstoff på hydrogen, og det er heller ingen for plug-in elektriske. Slik sett må de gå lenger for å ta igjen de eksisterende bensinstasjonene.

Følg oss på Google Nyheter

Bli den første til å kommentere

Legg igjen kommentaren

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *

*

*

  1. Ansvarlig for dataene: Miguel Ángel Gatón
  2. Formålet med dataene: Kontroller SPAM, kommentaradministrasjon.
  3. Legitimering: Ditt samtykke
  4. Kommunikasjon av dataene: Dataene vil ikke bli kommunisert til tredjeparter bortsett fra ved juridisk forpliktelse.
  5. Datalagring: Database vert for Occentus Networks (EU)
  6. Rettigheter: Når som helst kan du begrense, gjenopprette og slette informasjonen din.