ogniwo paliwowe vs silnik wodorowy

ogniwo paliwowe vs silnik wodorowy

z technologia wodorowa Pojawiły się różne typy silników. Z jednej strony mamy pojazdy wodorowe które wykorzystują ogniwo paliwowe do wytwarzania energii niezbędnej do krążenia, a z drugiej strony mamy silniki spalinowe wodorowe. Rodzi to wiele pytań, ale są one bardzo różne.

Powinieneś wiedzieć, co to jest różnice i działanie z tych dwóch skrajnie różnych aspektów, ale które wykorzystują to samo paliwo do funkcjonowania...

Pojazdy napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi

ogniwo paliwowe

L pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi, znane również jako FCV lub FCEV, to rodzaj pojazdu elektrycznego, który wykorzystuje ogniwo paliwowe jako źródło energii wykorzystywanej do napędzania silników lub do magazynowania energii w akumulatorze do wykorzystania w razie potrzeby.

ogniwa paliwowe generowania energii elektrycznej na ogół przy użyciu tlenu z powietrza i sprężonego wodoru w zbiornikach. Istnieją jednak inne ogniwa paliwowe, które mogą wykorzystywać inne pierwiastki do generowania energii elektrycznej, ale tutaj nas interesuje tylko wodór.

Pojazdy te koncentrują zanieczyszczenia pochodzące z produkcji wodoru w miejscu, w którym wodór jest produkowany (lub podczas transportu i przechowywania wodoru, co może również generować zanieczyszczenia z samochodów ciężarowych i innych zaangażowanych silników), jeśli nie jest to wodór. To znaczy same te pojazdy nie emitują żadnych zanieczyszczeń podczas gdy krążą.

Wszystkie ogniwa paliwowe składają się z trzy podstawowe części:

  • Elektrolit: jest substancją zawierającą w swoim składzie wolne jony, dzięki czemu zachowuje się jak przewodnik elektryczny.
  • Anoda: Jest to elektroda lub końcówka baterii, która powoduje reakcję utleniania, w wyniku której traci elektrony. Dlatego zachowuje się jak biegun dodatni.
  • Katoda: Jest to elektroda lub końcówka baterii, która przechodzi reakcję redukcji, to znaczy reakcję, w której otrzymuje elektrony. Dlatego zachowuje się jak biegun ujemny.

W ten sposób A wodorowe ogniwo paliwowe Działa jak konwencjonalna bateria, wytwarzając energię elektryczną do zasilania silnika lub magazynowania jej w baterii. Jednak podczas gdy akumulator musi być ładowany, ogniwo paliwowe będzie zasilane paliwem, w tym przypadku wodorem.

największe wyzwania

Jednym z największe wyzwania Tego typu powierzchnie pojazdów wynikają z faktu, że potrzebne są bardzo bezpieczne zbiorniki magazynowe, które wytrzymają wysokie ciśnienie i zapobiegną wyciekom w razie wypadku, który mógłby wywołać bardzo gwałtowne reakcje. Oczywiście infrastruktura do tankowania też nie jest rozbudowana i trudno znaleźć punkty tankowania wodoru.

Do tego wszystkiego trzeba dodać, że pierwsze projekty ogniw paliwowych miały tzw służba życia zmniejszona, chociaż poczyniono pewne postępy w tym zakresie. Na przykład ogniwa z polimerową membraną elektrolityczną lub PEM mogą pracować do 7300 godzin w warunkach cyklicznych.

Z drugiej strony należy zauważyć, że wodorowe ogniwa paliwowe są stosunkowo drogie do produkcji, ponieważ używane są drogie materiały, takie jak platyna, która działa jak katalizator. Ponadto wodór musi być również bezpiecznie produkowany i przechowywany, co również czyni tę technologię droższą. Na szczęście obecnie opracowywane są nowe wodorowe ogniwa paliwowe wykorzystujące nanocząsteczki, które wymagają znacznie mniej platyny i są tańsze.

historia

elektryczny chevrolet

Koncepcja ogniwa paliwowego była zjawiskiem po raz pierwszy zademonstrowanym w 1801 roku przez Humphry'ego Davy'ego. Jednak wynalazek zawdzięcza Williama Grove'a. Poprzez eksperymenty Grove'a na czymś, co nazwał „gazową baterią galwaniczną”, wykazali, że możliwe jest wytwarzanie energii z wodoru i tlenu. To było w 1842 roku udowodnił reakcję elektrochemiczną między wodorem a tlenem na katalizatorze platynowym.

Później inż Franciszka Thomasa Bacona ulepszył pracę Grove'a, tworząc różne alkaliczne ogniwa paliwowe w latach 1939-1959. Pierwszym pojazdem, w którym zastosowano te ogniwa paliwowe, był zmodyfikowany ówczesny ciągnik rolniczy Allis-Chalmers, wytwarzający do 15 kW mocy.

La Zimny ​​wyścig kosmiczny był to również wielki impuls dla wykorzystania tych technologii ogniw paliwowych w misjach kosmicznych do produkcji energii elektrycznej. To był przełom, zastosowanie go m.in. w kapsułach Apollo i modułach księżycowych.

Jednak dopiero w 1966 roku General Motors opracował pierwszy pojazd drogowy wykorzystujący ogniwo paliwowe. był sławny elektrycznego vana chevroleta. Pojazd ten posiadał ogniwo paliwowe PEM i mógł przejechać do 193 km z maksymalną prędkością 113 km/h. Był to pojazd dwumiejscowy, ponieważ nie było miejsca na więcej, ponieważ niezbędne paliwo przechowywano w dwóch dużych zbiornikach wodoru i tlenu, które zajmowały tył ciężarówki. Zbudowano tylko jedną furgonetkę, a jej cena była zaporowa.

W latach 80. XX wieku ogniwa paliwowe zostały przywrócone do zastosowań kosmicznych, takich jak te zawarte w promach kosmicznych. Ale zamknięcie programu Apollo spowodowało to, że wielu ekspertów NASA ds. ogniw paliwowych przeszło do prywatnych firm, gdzie kontynuowali swój rozwój, aby przynieść owoce w późniejszych dziesięcioleciach.

pojazd na wodór

silnik spalinowy na wodór

El pojazd z silnikiem spalinowym napędzanym wodorem, zwany także HICEV przez swój akronim w języku angielskim, to rodzaj pojazdu wodorowego, którego nie należy mylić z pojazdem wykorzystującym ogniwo paliwowe. W tym przypadku nie mówimy już o pojeździe elektrycznym, ale raczej o silniku spalinowym, takim jak benzyna lub olej napędowy.

Podczas gdy pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi wykorzystują reakcję elektrochemiczną do wytwarzania energii elektrycznej do zasilania silników elektrycznych, pojazdy spalinowe wykorzystują cykl podobny do paliw kopalnych. W rzeczywistości jest to modyfikacja konwencjonalnych silników spalinowych.

Suche powietrze składa się w 78% z azotu, w 21% z tlenu i w 1% z argonu.

Tyle że w tym przypadku zamiast powietrza do dostarczania tlenu i paliwa do spalania, wodór i tlen są wykorzystywane do wywołania reakcji wybuchowej, która poruszy tłoki cylindrów. Różnica polega na tym, że podczas tej reakcji CO2, węglowodory lub inne zanieczyszczenia nie są wytwarzane w rurze wydechowej, jak w przypadku paliw kopalnych. W tym przypadku generowana jest tylko woda, tzw emisje z tych pojazdów są bliskie zeru.

Gazy cieplarniane to para wodna (H2O), dwutlenek węgla (CO2), podtlenek azotu (N2O), metan (CH4) i ozon (O3).

I nie bez powodu są całkowicie zerowe, a mianowicie, o ile wodór w zbiornikach paliwa jest czysty, o tyle w przypadku powietrza ma coś więcej niż tlen, o czym dobrze wiecie. Z tego powodu niektóre z tych gazów obecnych w powietrzu mogą reagować z wodorem i emitować tlenki azotu lub NOx. Emisje te są jednak znacznie mniej problematyczne niż w przypadku innych paliw.

Emisje zanieczyszczeń i inne problemy

zielony wodór

Podczas gdy te pojazdy mają tę zaletę, że nie są ograniczone cyklami, takimi jak ogniwa paliwoweOprócz innych wielkich zalet, nadal mają ten sam problem z produkcją i magazynowaniem wodoru, co systemy ogniw paliwowych. Konieczne jest podkreślenie, jakie są emisje tych pojazdów.

Cóż, spalanie wodoru z tlenem wytwarza parę wodną jako jedyny produkt, który jest jednym z gazów cieplarnianych, można jednak wychwycić w celu przechowywania i skroplić jako wodę po schłodzeniu.

2H 2 +O 2 → 2 godziny 2 O

Zamiast tego, jak powiedzieliśmy, powietrze ma w sobie coś więcej niż tlen. Stąd bierze się problem, ponieważ łącząc wodór i azot, można wytworzyć słynne NOx, o których wspomniałem powyżej. Dlatego nie można ich nazwać zeroemisyjnymi. Oznacza to, że wzór reakcji chemicznej wyglądałby bardziej jak ten w rzeczywistości:

H 2 +O 2 + N 2 → H. 2 O + NIE x

Europejskie normy emisji mierzą emisję tlenku węgla (CO), węglowodorów (HC), tlenków azotu (NOx), pyłu zawieszonego w atmosferze oraz liczbę cząstek. Dlatego, chociaż gazy emitowane przez spalanie wodoru pasują tylko do tej listy pod względem NOx i niewiele więcej, dlatego nie można powiedzieć, że mają one ściśle zerową emisję.

Z drugiej strony należy wziąć pod uwagę, że silniki nie są doskonałe i część smaru może dostać się do komory spalania jak to się dzieje również w silnikach benzynowych lub wysokoprężnych. W takim przypadku gazy spalinowe mogą również zawierać olej lub produkty uboczne spalania oleju.

Ponadto, jak wskazałem w pierwszym akapicie tej sekcji, art wodór stwarza inny problem, i to jest twoje bezpieczne przechowywanie. Należy pamiętać, że wodór łatwo się zapala w porównaniu z innymi paliwami. Dlatego też, jeśli gazowy wodór ucieknie lub zdarzy się wypadek, w kontakcie z powietrzem nastąpi bardzo silna reakcja wybuchowa.

Modernizacja istniejących silników

części silnika

Te diferencias konwencjonalnego silnika ICE oraz silnika benzynowego lub wysokoprężnego koncentrują się w szczególności na takich aspektach, jak:

  • Zawory i gniazda zaworów hartowane.
  • Mocniejsze korbowody niż w tradycyjnych silnikach.
  • Mieszanka paliwowa silnika będzie miała stosunek powietrza do paliwa wynoszący 29% wodoru i 71% powietrza, generując moc, która może być nawet o 15% większa niż w silnikach benzynowych lub o 15% mniejsza, w zależności od typu.
  • Powietrze i paliwo (wodór) w tego typu silnikach nie są wcześniej mieszane, ale komora spalania zostanie wypełniona tylko powietrzem, a następnie wtryskiwany będzie do niej wodór. W przeciwnym razie wybuch nastąpiłby poza cylindrem.
  • Świece zapłonowe z końcówkami nie platynowymi.
  • Cewka zapłonowa wyższego napięcia.
  • Wtryskiwacze paliwa, które muszą być przystosowane do gazu zamiast cieczy.
  • Większy amortyzator wału korbowego.
  • Mocniejsza uszczelka pod głowicą.
  • Zmodyfikowany kolektor dolotowy do doładowania.
  • Doładowanie pod ciśnieniem.
  • Olej silnikowy do wysokich temperatur.

To znaczy, robiąc te modyfikacje konwencjonalnego silnika benzynowego Można by go idealnie przystosować do zasilania wodorem, co jest kolejną wielką zaletą, ponieważ można wykorzystać obecną technologię opracowaną dla tego typu silnika lub zmodyfikować klasyczne silniki, aby mógł być zasilany paliwem bardziej przyjaznym dla środowiska.

historia

silnik rivaz

Wodorowe silniki spalinowe zostały po raz pierwszy zaprojektowane w 1806 roku przez François Isaac de Rivaz. Pierwszy był znany jako silnik De Rivaz, który do działania wykorzystywał mieszaninę wodoru i tlenu. Później, w 1863 roku, Étienne Lenoir wyprodukował także Hippomobile, kolejny pojazd napędzany wodorem.

W 1970 roku miało miejsce również inne ważne wydarzenie, a mianowicie opatentowanie przez Paula Diegesa sposobu modyfikować benzynowe silniki spalinowe jeździć na wodorze. Ta sama data, odkąd Uniwersytet Tokijski nadał znaczenie tym silnikom i zaczął rozwijać technologie związane z tymi silnikami i napędzać pojazdy przyszłości, zarówno samochody osobowe, ciężarówki, samoloty, statki itp.

Jak dobrze wiesz, Japoński producent Mazda opracował silnik typu Wankla, który wykorzystywał wodór jako paliwo. Zaletą korzystania z tego Wankla ICE jest to, że modyfikacja, której potrzebuje ten silnik, jest znacznie mniejsza niż ta potrzebna w przypadku innych alternatywnych ICE. Inni japońscy producenci również dołączyli do samochodów wodorowych, stawiając duże stawki, jak w przypadku Toyoty.

W latach 2005-2007 w Europie nastąpił również ważny krok, kiedy BMW testowało swój pierwszy luksusowy samochód napędzany wodorem. Wszystko zależy od modelu BMW wodór 7, który mógł osiągnąć maksymalną prędkość 301 km/h, był bardziej przestronny niż poprzednie koncepcje i miał duży zasięg. Odtąd inne branże europejskie zaczęły robić to samo ze swoimi pojazdami przemysłowymi i cywilnymi.

Zalety i wady silników wodorowych

silnik wodorowy

Oczywiście, stosując wodór jako paliwo ma jego zalety i wady Co tu zobaczymy:

Zaleta

  • Jeśli wodór jest zielony, może być bardzo czystym i przyjaznym dla środowiska paliwem, ponieważ emisje są zerowe lub prawie znikome, a jednym z produktów powstających po reakcji jest H2O lub woda.
  • Są to silniki z wydajniejszymi technologiami. W ciągu prawie 200 lat rozwoju silnikowi udało się osiągnąć maksymalną wydajność i optymalizację, ze sprawnością na poziomie 80%. Oznacza to, że 80% wodoru jest wykorzystywane do produkcji trakcji. Podczas gdy w silnikach na paliwa kopalne sprawność ta może w wielu przypadkach wahać się od 20 do 40%.
  • Może być również używany do transportu ciężkiego, takiego jak statki, pociągi itp.

Wady

  • Jeśli jest to szary wodór, zanieczyszcza go podczas jego produkcji. Niestety, wysoki procent obecnego wodoru jest szary, ponieważ jest najtańszy do wyprodukowania poprzez spalanie paliw kopalnych lub gazu. Istnieje jednak również niebieski wodór i zielony wodór, przy czym zielony to ten, który jest produkowany przy zerowej emisji, ponieważ do jego produkcji wykorzystuje energię odnawialną i jest przyszłością.
  • Jest to niebezpieczny gaz w obsłudze. Zarówno jego przechowywanie, jak i transport są niebezpieczne. Potrzebujesz zbiorników, które wytrzymają wysokie ciśnienie i wypadki, ponieważ w przeciwnym razie w kontakcie z powietrzem wystąpią bardzo gwałtowne reakcje, które mogą zakończyć życie załogi.
  • Nie ma świetnej infrastruktury do tankowania wodoru, nie ma też takiej, która umożliwiłaby ładowanie pojazdów elektrycznych. W tym sensie muszą iść dalej, aby dogonić istniejące stacje benzynowe.

Obserwuj nas w Wiadomościach Google

Bądź pierwszym który skomentuje

Zostaw swój komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

*

*

  1. Odpowiedzialny za dane: Miguel Ángel Gatón
  2. Cel danych: kontrola spamu, zarządzanie komentarzami.
  3. Legitymacja: Twoja zgoda
  4. Przekazywanie danych: Dane nie będą przekazywane stronom trzecim, z wyjątkiem obowiązku prawnego.
  5. Przechowywanie danych: baza danych hostowana przez Occentus Networks (UE)
  6. Prawa: w dowolnym momencie możesz ograniczyć, odzyskać i usunąć swoje dane.