Vodík, palivo budúcnosti?

vodík

undefined vodíkové autá Boli odsunuté na druhé miesto, pričom dominujú hybridné, plynové a elektrické autá. Vodík by však mohol byť palivom budúcnosti s výhodami oveľa lepšími ako elektromobily z hľadiska ohľaduplnosti k životnému prostrediu. A je to tým, že elektromobily nemajú žiadne emisie, ale ich batérie predstavujú vážnu environmentálnu výzvu kvôli výrobe lítia a jeho recyklácii a nakladaniu s odpadom. Vodík je však hus, ktorá znáša zlaté vajcia, to všetko sú výhody...

Čo je to vodík?

vodík

El vodík Je to chemický prvok periodickej tabuľky, ktorý sa vyznačuje tým, že je najjednoduchší zo všetkých, s atómovým číslom 1. Je to veľmi ľahký plyn, je skladovateľný a sám o sebe nevytvára znečisťujúce emisie. S týmito vlastnosťami je ideálnym kandidátom na použitie ako palivo. Okrem toho je na Zemi veľmi hojný a dá sa ľahko vyrobiť chemickými procesmi. Na výrobu tohto typu plynu možno dokonca použiť obnoviteľnú energiu. Preto môže byť aj spôsobom získavania obnoviteľnej energie.

druhy vodíka

Existuje farebná nomenklatúra, ktorá klasifikuje vodík podľa spôsobu, akým bol získaný. Je dôležité poznať existujúce typy vodíka, ako napríklad:

  • Šedý vodík: Tento typ vodíka sa získava reformovaním fosílnych palív, ako je zemný plyn. V súčasnosti je to najlacnejší vodík na výrobu, no pri výrobe sa do atmosféry uvoľňuje CO2, takže to nie je čistý spôsob jeho získavania. Dnes je najlacnejší a najviac vyrábaný.
  • modrý vodík: Ide o ďalší typ vodíka získavaného z fosílnych palív, ale tentoraz s technikami, ktoré sú schopné zachytávať a uchovávať emisie CO2 vznikajúce počas procesu tak, aby sa neuvoľňovali do atmosféry, takže má menší vplyv na životné prostredie ako sivá. Samozrejme, emisie pri jeho výrobe nie sú úplne eliminované, ale sú redukované. Výrobná cena tohto typu vodíka je stredná.
  • Zelený vodík: Je najlepší z tých troch a bude sa o ňom veľa hovoriť. Tento obnoviteľný vodík sa získava elektrolýzou vody, takže počas procesu nevzniká žiadne znečistenie. Okrem toho sa na napájanie elektrolýznych systémov používa obnoviteľná energia, ako je vietor alebo slnko, takže ide o trvalo udržateľné a úplne čisté palivo. V súčasnosti sa však vyrába v menšom množstve ako predchádzajúce dva a je najdrahší.

Výzvou je nahradiť všetky ostatné vodíky zeleným vodíkom, a to týmto spôsobom získať správne palivo.

Ako sa získava vodík?

zelený vodík

Vodík, ako sme videli v predchádzajúcej časti, možno vyrábať rôznymi spôsobmi. Ale bez ohľadu na energiu zapojenú do jeho výrobného procesu, pozrime sa teraz na spôsoby, ktorými možno tento plyn získať taký hojný:

  • molekulárna transformácia: Táto technika je dosiahnutá sériou chemických reakcií na získanie vodíka. Medzi najpoužívanejšie techniky patrí využitie zemného plynu získavaného z ropných polí. Vysokoteplotná para sa používa na disociáciu uhlíka z vodíka, z ktorého sa vyrába zemný plyn. Takto sa získava na jednej strane dihydrogén a na druhej oxid uhličitý.
  • Splyňovanie: je metóda, ktorou sa dosahuje splyňovanie vodnou parou a čistým kyslíkom z uhlia alebo biomasy. V reaktore sa uhlie alebo biomasa spaľujú pri veľmi vysokých teplotách. Pri tomto spaľovaní sa uvoľňujú plyny, medzi ktorými je na druhej strane vysoko toxický oxid uhoľnatý (CO) a dihydrogén.
  • elektrolýza vody: Je to najlepšia metóda zo všetkých troch z hľadiska udržateľnosti a tiež z hľadiska hojnosti, keďže väčšinu zeme tvorí voda. Preto sa dal získať z vôd morí a oceánov. Na tento účel sa používa nádrž na vodu, do ktorej sú vložené elektródy. Aplikáciou nepretržitého elektrického prúdu sa molekuly vody (H2O) rozdelia na kyslík (O2) a vodík (H2). Keď je zdrojom energie pre túto elektrinu obnoviteľná energia, ako je slnečná alebo veterná, tento vodík je považovaný za zelený.

Ako funguje vodíkový motor (palivový článok)?

vodíkový motor

Keď potrebujeme premieňať vodík na energiuvodíkový plyn sa môže skladovať v špecifických nádržiach, odkiaľ je vedený do palivového článku. Tam sa opäť rekombinuje so vzdušným kyslíkom (ako sa to stáva v spaľovacom motore, keď vzduch vstupuje do valca, aby spôsobil spaľovanie), čím vzniká energetická reakcia a tým sa získava energia. Týmto spôsobom nebudú do ovzdušia vypúšťané žiadne znečisťujúce plyny, keďže jediným odpadom, ktorý tento typ motora vytvára, je voda. Rekombinácia kyslíka vo vzduchu s vodíkom vytvára v tomto procese molekuly H2O. Voda, ktorá by sa dala použiť na iné účely vrátane regenerácie vodíka elektrolýzou.

Vďaka tejto reakcii medzi vodíkom a kyslíkom vo vašom palivovom článku sa generuje elektrina na pohyb elektromotor a poháňať vozidlo. To znamená, že autá na vodík sú v podstate elektrické, hoci energiu nezískavajú z lítiovej batérie alebo iného typu, ktorý znečisťuje životné prostredie, ani z hybridného motora, ktorý má tiež emisie. Niektoré vozidlá tohto typu však môžu mať batériu na uskladnenie energie, ktorá sa nespotrebuje na použitie v inom čase. Napríklad, keď je dopyt po energii vysoký, všetka energia, ktorá pochádza z palivového článku, sa spotrebuje, zatiaľ čo ak je nízka, časť sa môže odviesť do elektromotorov a časť sa môže uložiť do batérie.

Mnohé z týchto vozidiel majú aj príp rekuperačná brzda, teda akumulovať elektrickú energiu z brzdenia, čím pomáha znižovať spotrebu vodíka a dosiahnuť lepšiu autonómiu. A ako som už spomínal, jediný odpad, ktorý vzniká, je voda, ktorú budete vypúšťať výfukom.

pokiaľ ide o komponenty vozidla s vodíkovými palivovými článkami, mať:

  • jednotka riadenia výkonu: je systém, ktorý optimálne riadi dodávku energie v palivovom článku, ako aj nabíjanie batérií a využitie tejto elektrickej energie.
  • Elektrický motor: Môže byť jeden alebo viac. Zvyčajne ide o synchrónny motor s permanentným magnetom, ktorý premieňa elektrinu z palivového článku alebo batérie na energiu na pohon vozidla.
  • menič napätia palivového článku: je systém schopný prispôsobiť elektrinu generovanú vodíkovým palivovým článkom na získanie primeraného napätia pre motory.
  • skupina palivových článkov: Je skutočným srdcom systému, komponentom, v ktorom sa chemická energia pochádzajúca z dodávky vodíka z nádrží a kyslíka zo vzduchu premieňa na elektrickú energiu.
  • Batérie: batéria je zodpovedná za ukladanie energie generovanej palivovým článkom a energie získanej zo spomalenia, ako aj za zosilnenie výkonu palivového článku počas zrýchlenia v prípadoch vysokého dopytu.
  • vysokotlakové nádrže: vodík sa musí bezpečne skladovať vo vysokotlakových nádržiach. Okrem toho pribudnú pretlakové ventily, varovanie v prípade úniku vodíka a trojvrstvová štruktúra: jeden vyrobený z polyméru vystuženého sklenými vláknami, stredný polymér a tretí z plastu vystuženého uhlíkovými vláknami. Všetko, aby odolalo veľmi vysokým tlakom.

prevádzka palivových článkov

palivový článok

Povedali sme, že palivový článok, alebo Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV), je zodpovedný za výrobu elektrickej energie z reakcie medzi vodíkom a kyslíkom zo vzduchu v atmosfére. No a na výrobu tej elektriny sa používajú elektrochemické reakcie. Palivové články budú využívať anódu a katódu na každej strane elektrolytu. Napríklad vodík sa privádza do anódy a katalyzátor sa používa na generovanie kladne nabitých iónov, ktoré prúdia cez elektrolyt ku katóde. Medzitým sa na katóde nasáva vzduch do systému a spája sa s katalyzátorom, vodíkovými iónmi a elektrónmi, čím vzniká teplo a voda ako vedľajšie produkty. To indukuje prúd, generujúci elektrinu.

Skúsenosti s riadením vodíkového vozidla

Tipy na jazdu na snehu, najlepšie autá na začatie jazdy

V praxi sa pri jazde vodíkovým vozidlom skúsenosti sú takmer rovnaké ako pri batériovom elektromobile. Je tu však niekoľko drobných rozdielov, mnohé z nich sa časom vylepšia, keď bude napredovať technika, ako to bolo aj v elektromobiloch, ktoré sa od prvých predstavených modelov po tie súčasné veľmi zmenili, napriek tomu, že sú relatívne mladý..

Výzvou pre automobilových inžinierov sú vodíkové palivové články pracovať najlepšie s konštantným výkonom. Požiadavky na výkon bežného vozidla pri jazde na rôznych cestách, ako sú mestské alebo diaľnice, si však vyžadujú zmeny v dodávaní výkonu. Niečo, na čom inžinieri pracujú, aby dosiahli čo najlepšie výsledky.

Napríklad Toyota Mirai, má a Menovitý výkon 90 kW (120 koní).. To však na zrýchlenie na diaľnici nestačí, takže Toyota (podobne ako ostatní výrobcovia HFCV) pridáva nízkokapacitnú vysokonapäťovú batériu, ktorá sa veľmi podobá tým, ktoré sa používajú v benzínovo-elektrických hybridných vozidlách, aby pomohla dosiahnuť extra zrýchlenie a výkon pri požadoval. To tiež neznamená, že s palivovými článkami nemožno vyrábať veľmi výkonné autá, v skutočnosti je superauto Hyperion XP-1 vodíkové auto, ktoré dokáže zrýchliť z 0 na 100 km/h za približne 2.6 sekundy a dosiahnuť maximálnu rýchlosť 356 km/h.

Výhody a nevýhody vodíka ako paliva

klady a zápory

Nakoniec je dôležité zdôrazniť výhody a nevýhody ktorá musí používať vodík ako palivo pre vozidlá:

Výhoda

medzi výhoda Z používania vodíka ako paliva máme:

  • Nulové emisie: vodíkové vozidlá uvoľňujú vodu len ako vedľajší produkt. Preto prispievate k životnému prostrediu.
  • Rýchle tankovanie: natankovanie zaberie len niekoľko minút, pretože budete musieť znova naplniť vodíkové nádrže ako pri nafte alebo benzíne. Nemá to nič spoločné s elektrickými, ktoré musia byť dlho zapojené, aby sa ich batéria úplne nabila. Navyše, priemerné náklady na elektromobil sú približne 8.5 eura na 100 km, podobne ako náklady na palivá ako nafta či benzín. Namiesto toho by vodík mohol byť lacnejší.
  • Spĺňa ciele EÚ: Ciele, ktoré si stanovila EÚ na zníženie emisií, viac ako vozidlá na vodík spĺňajú. V návrhu EÚ na rok 2030 sa počíta so znížením emisií znečisťujúcich plynov o 35 % a vodíkové auto vypúšťa 0.
  • Minimálna údržba: Tieto elektromotory vyžadujú minimálnu, jednoduchú a lacnú údržbu a sú celkom spoľahlivé. V tomto smere teda nebudete musieť investovať toľko ako do vozidla so spaľovacím motorom.
  • Tichý: Sú rovnako tiché ako elektrické, takže neprispievajú k hluku, ktorý existuje v mnohých mestách.
  • Väčšia autonómia: vodíkové autá majú väčšiu autonómiu, čo je veľmi dôležité. Zatiaľ čo elektrické vozidlá ponúkajú dojazd v priemere 300 km, vodíkové vozidlá môžu dosiahnuť viac ako dvojnásobok. V blízkej budúcnosti by mohli dokonca dosiahnuť autonómiu viac ako 2000 km.
  • Nulové emisie: s nálepkou DGT Zero Emissions môžete v mestách zaparkovať bez zaplatenia centu, takže pri jazde mestskými oblasťami môžete mať rovnaké výhody ako s elektromobilmi.
  • Odoláva extrémnym teplotám: Na rozdiel od 100% elektromobilov môžu vodíkové autá fungovať aj pri extrémnejších teplotách. Na výkone vozidla alebo na jeho autonómii to bude sotva badateľné, čo sa stáva pri elektrických.

Nevýhody

Samozrejme, vodíkové vozidlá majú tiež jeho nevýhody, ako všetko. Najvýraznejšie sú:

  • Precio: Keďže nejde o tak vyspelú technológiu, vodíkové vozidlá majú vyššiu cenu ako bežné autá či elektromobily. Preto je to detail na zváženie. Z dlhodobého hľadiska však môžete ušetriť na palive a v dielni, keďže sú spoľahlivé. Okrem toho treba povedať, že tieto autá budú mať tendenciu časom klesať s cenou, pretože technológia výroby palivových článkov a tiež vodíkových nádrží bude viac vyspelá, čo musí byť veľmi bezpečné, aby odolalo vysokým tlakom a zabránilo úniku pri nehodách, ktoré by mohli viesť k výbuchom.
  • Málo bodov na tankovanie: Keďže ide v súčasnosti o menšinovú technológiu pohonu, ako je to v prípade elektromobilu, nie je veľa bodov na tankovanie. To by sa malo postupne zmeniť. Napríklad v Španielsku sa lokality dajú spočítať na prstoch jednej ruky, keďže v Seville, Albacete, Puertollano, Zaragoze, Huesce a Barbastre je len asi 6 bodov. Iné krajiny, ako napríklad Nemecko, už majú viac vozidiel tohto typu a ich cieľom je dosiahnuť až 500 čerpacích miest.
  • Malá rozmanitosť modelov: Keďže nejde o tak rozšírenú technológiu, v súčasnosti je na výber málo značiek a modelov, aj keď aj to sa časom zmení a výrobcovia ich vyrábajú vo väčšom meradle. Navyše chýbajúce čerpacie stanice či vodíková sieť neprispievajú k podpore predaja tohto typu vozidiel. Už však máte skvelé vodíkové autá ako Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT atď.
  • nie kompaktný: Vzhľadom na zložitosť vodíkových nádrží a palivového článku majú tieto autá tendenciu mať väčšie rozmery, takže ak hľadáte malé inžinierske siete, môžete na to zabudnúť. Aspoň na chvíľu, kým sa nedosiahne vyšší stupeň zhutnenia. Dokonca v niektorých prípadoch nie je kufor zvyčajne príliš priestranný, pretože časť jeho priestoru zaberajú iné mechanické komponenty. V tomto zmysle sú podobné elektrickým.
  • Nebezpečné: Vodík je vysoko prchavý a horľavý. Z tohto dôvodu musia byť vodíkové nádrže veľmi odolné a bezpečné, musia odolávať nárazom, vyhýbať sa únikom pomocou dodatočných bezpečnostných systémov a odolávať vysokým tlakom. Všetko pre bezpečnosť vodičov a ostatných cestujúcich. To vedie k ďalšiemu odvodenému problému, ktorý spočíva v tom, že palivový článok a nádrže majú zvyčajne obmedzenú životnosť vzhľadom na bezpečnostné predpisy. V súčasnosti sa odhaduje, že hranica vodíkovej nádrže je 15 rokov, vtedy by sa musela vymeniť za novú. Pokiaľ ide o palivový článok, niektorí výrobcovia odhadujú, že po najazdení približne 15 225.000 km by mohol znížiť svoj výkon o XNUMX %, hoci sa v tomto smere postupne zlepšujú.

Sledujte nás na Google News

Buďte prvý komentár

Zanechajte svoj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Povinné položky sú označené *

*

*

  1. Zodpovedný za údaje: Miguel Ángel Gatón
  2. Účel údajov: Kontrolný SPAM, správa komentárov.
  3. Legitimácia: Váš súhlas
  4. Oznamovanie údajov: Údaje nebudú poskytnuté tretím stranám, iba ak to vyplýva zo zákona.
  5. Ukladanie dát: Databáza hostená spoločnosťou Occentus Networks (EU)
  6. Práva: Svoje údaje môžete kedykoľvek obmedziť, obnoviť a vymazať.