S vodíková technológia Objavili sa rôzne typy motorov. Na jednej strane máme vodíkové vozidlá ktoré využívajú palivový článok na výrobu energie potrebnej na cirkuláciu a na druhej strane máme vodíkové spaľovacie motory. To vyvoláva veľa otázok, ale sú veľmi odlišné.
Mali by ste vedieť, ktoré to sú rozdiely a fungovanie z týchto dvoch extrémne odlišných aspektov, ktoré však na fungovanie využívajú rovnaké palivo...
Vozidlá s vodíkovými palivovými článkami
undefined vozidlá s palivovými článkami, známe aj ako FCV alebo FCEV, sú typom elektrického vozidla, ktoré využíva palivový článok ako zdroj energie, ktorý sa používa na pohon jeho motorov alebo na ukladanie energie do batérie, aby ju v prípade potreby využil.
palivové články vyrábať elektrinu vo všeobecnosti pomocou kyslíka zo vzduchu a stlačeného vodíka v nádržiach. Existujú však aj iné palivové články, ktoré môžu využívať iné prvky na výrobu elektriny, no tu nás zaujíma iba vodík.
Tieto vozidlá sústreďujú znečisťujúce látky z výroby vodíka na mieste, kde sa vodík vyrába (alebo počas prepravy a skladovania vodíka, ktoré môže tiež vytvárať znečisťujúce látky z nákladných vozidiel a iných zahrnutých motorov), ak nejde o vodík. Teda samotné tieto vozidlá nevypúšťajú žiadny druh znečisťujúcich látok kým cirkulujú.
Všetky palivové články sú zložené z tri základné časti:
- Elektrolyt: je látka, ktorá vo svojom zložení obsahuje voľné ióny, čo spôsobuje, že sa správa ako elektrický vodič.
- anóda: Je to elektróda alebo svorka batérie, ktorá vytvára oxidačnú reakciu, pri ktorej stráca elektróny. Preto sa správa ako kladný pól.
- Katóda: Je to elektróda alebo vývod batérie, ktorá prechádza redukčnou reakciou, teda reakciou, ktorou prijíma elektróny. Preto sa správa ako negatívny pól.
Týmto spôsobom a vodíkový palivový článok Funguje ako bežná batéria a vyrába elektrickú energiu na napájanie motora alebo na jeho uskladnenie v batérii. Kým je však potrebné nabiť batériu, palivový článok bude poháňaný palivom, v tomto prípade vodíkom.
najväčšie výzvy
Jeden z najväčšie výzvy Tento typ vozidiel je spôsobený tým, že potrebuje veľmi bezpečné skladovacie nádrže, aby odolali vysokým tlakom a zabránili úniku v prípade nehody, ktorá by mohla vyvolať veľmi prudké reakcie. Samozrejme, tankovacia infraštruktúra tiež nie je rozšírená a je ťažké nájsť miesta na tankovanie vodíka.
K tomu všetkému musíme dodať, že prvé konštrukcie palivových článkov mali a životná služba znížená, hoci v tomto smere sa dosiahol určitý pokrok. Napríklad membrána polymérového elektrolytu alebo PEM bunky môžu mať až 7300 XNUMX hodín v podmienkach cyklovania.
Na druhej strane si treba uvedomiť, že vodíkové palivové články sú pomerne drahé na výrobu, keďže sa používajú drahé materiály, ako je platina, ktorá pôsobí ako katalyzátor. Okrem toho je potrebné, aby sa vodík vyrábal a skladoval bezpečne, čo túto technológiu tiež predražuje. Našťastie sa v súčasnosti vyvíjajú nové vodíkové palivové články využívajúce nanočastice, ktoré vyžadujú oveľa menej platiny a nižšie náklady.
História
Koncept palivových článkov bol fenoménom, ktorý prvýkrát predviedol v roku 1801 Humphry Davy. Vynález je však spôsobený William Grove. Prostredníctvom Groveových experimentov na tom, čo nazval „plynová voltaická batéria“, dokázali, že je možné vyrábať energiu z plynného vodíka a kyslíka. V roku 1842 dokázal elektrochemickú reakciu medzi vodíkom a kyslíkom na platinovom katalyzátore.
Neskôr inžinier Francis Thomas Bacon vylepšil prácu Grove vytvorením rôznych alkalických palivových článkov v rokoch 1939 až 1959. Prvým vozidlom, ktoré využívalo tieto palivové články, bol v tom čase upravený poľnohospodársky traktor Allis-Chalmers s výkonom až 15 kW.
La vesmírne preteky studenej vojny bola to tiež veľká podpora pre tieto technológie palivových článkov, ktoré sa použili pri vesmírnych misiách na výrobu elektrickej energie. Bol to prielom, okrem iného sa použil v kapsulách Apollo a lunárnych moduloch.
Bolo by to však až v roku 1966, keď General Motors vyvinul prvé cestné vozidlo, ktoré využívalo palivový článok. bol slávny elektrická dodávka chevrolet. Toto vozidlo malo palivový článok PEM a mohlo prejsť až 193 km s maximálnou rýchlosťou 113 km/h. Bol dvojmiestny, keďže viac sa tam nezmestilo, pretože potrebné palivo bolo uskladnené v dvoch veľkých nádržiach na vodík a kyslík, ktoré zaberali zadnú časť nákladného auta. Bola vyrobená iba jedna dodávka a jej cena bola neúmerná.
V 80-tych rokoch boli palivové články privedené späť pre vesmírne aplikácie, ako napríklad tie, ktoré boli súčasťou raketoplánu. ale ukončenie programu Apollo to spôsobilo, že mnohí odborníci z NASA na palivové články odišli do súkromných spoločností, kde pokračovali vo svojom vývoji, aby v neskorších desaťročiach priniesli nejaké ovocie.
vozidlo so spaľovaním vodíka
El vozidlo s vodíkovým spaľovacím motorom, v angličtine nazývaný aj skratkou HICEV, je typom vodíkového vozidla, ktoré by sa nemalo zamieňať s vozidlom s palivovým článkom. V tomto prípade už nehovoríme o elektrickom vozidle, ale skôr o spaľovacom motore ako benzín alebo nafta.
Zatiaľ čo vozidlá s palivovými článkami využívajú na výrobu elektriny na pohon elektromotorov elektrochemickú reakciu, spaľovacie vozidlá využívajú cyklus podobný cyklu fosílnych palív. V skutočnosti ide o modifikáciu bežných spaľovacích motorov.
Iba v tomto prípade sa namiesto použitia vzduchu na poskytovanie kyslíka a paliva na spaľovanie používa vodík a kyslík na vytvorenie výbušnej reakcie, ktorá pohne piestami valcov. Rozdiel je v tom, že pri tejto reakcii nevzniká vo výfukovom potrubí CO2, uhľovodíky ani iné znečisťujúce častice ako pri fosílnych palivách. V tomto prípade vzniká iba voda, tzv emisie z týchto vozidiel sú takmer nulové.
A nie sú úplne nulové z nejakého dôvodu, a to je ten, že zatiaľ čo vodík v palivových nádržiach je čistý, v prípade vzduchu má niečo viac ako kyslík, ako dobre viete. Z tohto dôvodu by niektoré z týchto plynov prítomných vo vzduchu mohli reagovať s vodíkom a emitujú oxidy dusíka alebo NOx. Tieto emisie sú však oveľa menej problematické ako emisie iných palív.
Znečisťujúce emisie a iné problémy
Zatiaľ čo tieto vozidlá majú tú výhodu, že nie sú obmedzené cyklami, ako je napríklad palivový článokOkrem iných veľkých výhod majú naďalej rovnaký problém výroby a skladovania vodíka, aký mali systémy palivových článkov. Je potrebné zdôrazniť, aké sú emisie týchto vozidiel.
No, spaľovanie vodíka s kyslíkom produkuje vodnú paru ako jediný produkt, ktorý patrí medzi skleníkové plyny, je však možné zachytiť na uskladnenie a po ochladení skvapalniť ako vodu.
2H 2 + O. 2 → 2 hodiny 2 O
Namiesto toho, ako sme povedali, vzduch má niečo viac ako kyslík. Odtiaľ pochádza problém, keďže spojením vodíka a dusíka sa dajú produkovať známe NOx, ktoré som spomenul vyššie. Preto ich nemožno nazvať nulovými emisiami. To znamená, že vzorec chemickej reakcie by v skutočnosti vyzeral viac ako tento:
H 2 + O. 2 + N. 2 →H 2 O + NIE x
Na druhej strane treba brať do úvahy, že motory nie sú dokonalé, a nejaké mazivo by sa mohlo dostať do spaľovacej komory ako sa to stáva aj v benzínových alebo naftových motoroch. V tomto prípade môžu výfukové plyny obsahovať aj ropu alebo ropné vedľajšie produkty spôsobené spaľovaním.
Okrem toho, ako som uviedol v prvom odseku tejto časti, vodík predstavuje ďalší probléma je to vaše bezpečné úložisko. Majte na pamäti, že vodík sa v porovnaní s inými palivami ľahko vznieti. Ak teda vodíkový plyn unikne alebo dôjde k nehode, pri kontakte so vzduchom dôjde k veľmi silnej výbušnej reakcii.
Renovácia existujúcich motorov
L rozdiely konvenčného motora ICE a benzínového alebo naftového motora sa zameriavajú najmä na aspekty, ako sú:
- Ventily a ventilové sedlá kalené.
- Silnejšie ojnice ako v tradičných motoroch.
- Zmes palivového motora bude mať pomer vzduch/palivo 29 % vodíka a 71 % vzduchu, čím sa vytvorí výkon, ktorý môže byť až o 15 % vyšší ako pri benzínových motoroch, alebo o 15 % nižší, v závislosti od typu.
- Vzduch a palivo (vodík) sa u tohto typu motorov predtým nezmiešavajú, ale spaľovacia komora sa naplní iba vzduchom a následne sa do nej vháňa vodík. V opačnom prípade by k výbuchu došlo mimo valca.
- Zapaľovacie sviečky s neplatinovými hrotmi.
- Zapaľovacia cievka s vyšším napätím.
- Vstrekovače paliva, ktoré musia byť prispôsobené na plyn namiesto kvapaliny.
- Väčší tlmič kľukového hriadeľa.
- Silnejšie tesnenie hlavy.
- Upravené sacie potrubie pre kompresor.
- Pozitívny tlakový kompresor.
- Vysokoteplotný motorový olej.
To znamená, že robíte tieto úpravy konvenčného benzínového motora Dalo by sa dokonale prispôsobiť na pohon na vodík, čo je ďalšia veľká výhoda, možnosť využiť súčasnú technológiu vyvinutú pre tento typ motora alebo upraviť klasické motory tak, aby jazdili na ekologickejšie palivo.
História
Vodíkové spaľovacie motory boli prvýkrát navrhnuté v roku 1806 Francois Isaac de Rivaz. Prvý bol známy ako motor De Rivaz, ktorý na svoj chod využíval zmes vodíka a kyslíka. Neskôr, v roku 1863, Étienne Lenoir vyrobil aj Hippomobile, ďalšie vodíkové vozidlo.
V roku 1970 sa odohrala aj ďalšia dôležitá udalosť, a to, že Paul Dieges patentoval spôsob, akým upraviť benzínové spaľovacie motory jazdiť na vodík. Od toho istého dátumu, odkedy Tokijská univerzita prisúdila význam týmto motorom a začala vyvíjať technológie súvisiace s týmito motormi a poháňať vozidlá budúcnosti, osobné, nákladné, lietadlá, lode atď.
Ako dobre viete, Japonský výrobca Mazda vyvinul motor typu Wankel, ktorý ako palivo využíval vodík. Výhodou použitia tohto Wankel ICE je, že modifikácia, ktorú tento motor potrebuje, je oveľa menšia, ako je potrebná pri iných alternatívnych ICE. K vodíkovým autám sa pridali aj ďalší japonskí výrobcovia, ktorí stavili vo veľkom, ako v prípade Toyoty.
V rokoch 2005 až 2007 došlo aj v Európe k dôležitému kroku, keď BMW testovalo svoje prvé luxusné auto na vodík. Všetko je to o modeli BMW vodík 7, ktorý mohol dosiahnuť maximálnu rýchlosť 301 km/h, bol priestrannejší ako predchádzajúce koncepty a mal veľký dojazd. Odtiaľto začali ostatné európske priemyselné odvetvia robiť to isté so svojimi priemyselnými a civilnými vozidlami.
Výhody a nevýhody vodíkových motorov
Samozrejme, použitie vodíka ako paliva má jeho výhody a nevýhody Čo tu uvidíme:
Výhoda
- Ak je vodík zelený, môže ísť o veľmi čisté a ekologické palivo, keďže emisie sú nulové alebo takmer zanedbateľné a jedným z produktov vznikajúcich po reakcii je H2O alebo voda.
- Sú to motory s výkonnejšími technológiami. Za takmer 200 rokov vývoja sa tomuto motoru podarilo dosiahnuť maximálny výkon a optimalizáciu s účinnosťou 80 %. To znamená, že 80 % vodíka sa spotrebuje na výrobu trakcie. Zatiaľ čo v motoroch na fosílne palivá sa táto účinnosť môže v mnohých prípadoch pohybovať medzi 20 a 40 %.
- Dá sa použiť aj na ťažkú prepravu ako sú lode, vlaky atď.
Nevýhody
- Ak je to sivý vodík, kontaminuje pri jeho výrobe. Žiaľ, vysoké percento súčasného vodíka je šedé, pretože je najlacnejšie vyrábať spaľovaním fosílnych palív alebo plynu. Existuje však aj modrý vodík a zelený vodík, pričom zelený je ten, ktorý sa vyrába s nulovými emisiami, keďže na výrobu využíva obnoviteľnú energiu a je budúcnosťou.
- Je to nebezpečný plyn na manipuláciu. Jeho skladovanie aj preprava sú nebezpečné. Potrebujete nádrže, ktoré vydržia vysoký tlak a dokážu odolať nehodám, pretože inak dôjde pri kontakte so vzduchom k veľmi prudkým reakciám, ktoré môžu ukončiť životy posádky.
- Neexistuje žiadna skvelá infraštruktúra na tankovanie vodíka, ani žiadna pre zásuvné elektrické. V tomto zmysle musia ísť ďalej, aby dobehli existujúce čerpacie stanice.