Vodik, gorivo prihodnosti?

P vodikovi avtomobili S poudarkom na hibridnih, plinskih in električnih avtomobilih so bili potisnjeni na drugo mesto. Vendar pa bi lahko bil vodik gorivo prihodnosti s prednostmi, ki so veliko boljše od električnih vozil v smislu spoštovanja okolja. In je, da električni avtomobili nimajo izpustov, njihove baterije pa zaradi proizvodnje litija in njegovega recikliranja ter ravnanja z odpadki predstavljajo resen okoljski izziv. Je pa vodik tista gos, ki nese zlata jajca, vse so prednosti...

Kaj je vodik?

El vodik Je kemijski element periodnega sistema, za katerega je značilno, da je najpreprostejši od vseh, z atomsko številko 1. Je zelo lahek plin, lahko ga je skladiščiti in sam po sebi ne povzroča škodljivih emisij. S temi lastnostmi je popoln kandidat za uporabo kot gorivo. Poleg tega ga je na zemlji zelo veliko in ga je mogoče zlahka proizvesti s kemičnimi postopki. Obnovljiva energija se lahko uporablja celo za proizvodnjo te vrste plina. Zato je lahko tudi način pridobivanja obnovljive energije.

vrste vodika

Obstaja barvna nomenklatura, ki vodik razvršča glede na način, na katerega je bil pridobljen. Pomembno je vedeti, obstoječe vrste vodika, kot:

• Sivi vodik: Ta vrsta vodika se pridobiva z reformo fosilnih goriv, ​​kot je zemeljski plin. To je trenutno najcenejši vodik za proizvodnjo, vendar se CO2 med proizvodnjo izpušča v ozračje, zato ni čist način pridobivanja. Je najcenejša in najbolj proizvedena danes.
• modri vodik: Gre za drugo vrsto vodika, pridobljenega iz fosilnih goriv, ​​vendar tokrat s tehnikami, ki lahko zajamejo in shranijo emisije CO2, ki nastanejo med procesom, tako da se ne sprostijo v ozračje, zato ima manjši vpliv na okolje kot siva. Emisije pri njegovi proizvodnji seveda niso popolnoma odpravljene, so pa zmanjšane. Proizvodna cena te vrste vodika je vmesna.
• Zeleni vodik: On je najboljši od trojice in o njem se bo veliko govorilo. Ta obnovljivi vodik se pridobiva z elektrolizo vode, tako da med postopkom ne nastane onesnaženje. Poleg tega se za napajanje elektroliznih sistemov uporablja obnovljiva energija, kot sta veter ali sonce, zato je to trajnostno in popolnoma čisto gorivo. Vendar se trenutno proizvaja v manjših količinah kot prejšnji dve in je najdražja.

Izziv je nadomestiti vse ostale vodike z zelenim vodikom in na ta način dobite pravo gorivo.

Kako se pridobiva vodik?

Vodik, kot smo videli v prejšnjem razdelku, je mogoče proizvesti na različne načine. Toda ne glede na energijo, vključeno v njegov proizvodni proces, poglejmo zdaj načine, na katere je mogoče pridobiti ta plin tako obilno:

• molekularna transformacija: Ta tehnika je dosežena z nizom kemičnih reakcij za pridobivanje vodika. Med najbolj razširjenimi tehnikami je uporaba zemeljskega plina, pridobljenega iz naftnih polj. Visokotemperaturna para se uporablja za ločitev ogljika od vodika, iz katerega je izdelan zemeljski plin. Tako se na eni strani pridobiva dihidrogen, na drugi pa ogljikov dioksid.
• Uplinjanje: je metoda, ki doseže uplinjanje z vodno paro in čistim kisikom iz premoga ali biomase. V reaktorju se premog ali biomasa sežge pri zelo visokih temperaturah. Pri zgorevanju se sproščajo plini, med katerimi sta zelo strupen ogljikov monoksid (CO) in dihidrogen na drugi strani.
• elektroliza vode: To je najboljša metoda od treh v smislu trajnosti in tudi v smislu številčnosti, saj je večina zemlje sestavljena iz vode. Zato bi ga lahko pridobivali iz vode morij in oceanov. Za to se uporablja rezervoar za vodo, kjer so vstavljene elektrode. Z neprekinjenim električnim tokom se molekule vode (H2O) ločijo na kisik (O2) in vodik (H2). Kadar je vir energije za to električno energijo obnovljiva energija, kot sta sončna energija ali veter, se ta vodik imenuje zelen.

Kako deluje motor na vodik (gorivne celice)?

Ko potrebujemo pretvori vodik v energijo, se vodikov plin lahko shrani v posebnih rezervoarjih, od koder se vodi do gorivne celice. Tam se ponovno združi s kisikom v zraku (kot se zgodi pri motorju z notranjim zgorevanjem, ko zrak vstopi v valj, da povzroči zgorevanje), kar povzroči energijsko reakcijo in tako se pridobi energija. Na ta način v ozračje ne bodo izpuščeni nobeni onesnažujoči plini, saj je edini odpadek, ki nastane pri tovrstnem motorju, voda. Pri rekombinaciji kisika v zraku z vodikom nastanejo molekule H2O. Voda, ki bi jo lahko uporabili za druge namene, vključno z regeneracijo vodika z elektrolizo.

Zahvaljujoč tej reakciji med vodikom in kisikom v vaši gorivni celici se proizvaja elektrika za premikanje električni motor in voziti vozilo. To pomeni, da so avtomobili na vodik v bistvu električni, čeprav ne pridobivajo energije iz litijeve baterije ali druge vrste, ki onesnažuje, niti iz hibridnega motorja, ki ima tudi emisije. Vendar imajo lahko nekatera tovrstna vozila baterijo za shranjevanje energije, ki se ne porabi za drugo uporabo. Na primer, ko je potreba po energiji visoka, se porabi vsa energija, ki prihaja iz gorivne celice, če pa je nizka, se lahko del preusmeri v elektromotorje, del pa se shrani v baterijo.

Mnoga od teh vozil imajo tudi regenerativna zavora, torej akumulirati električno energijo iz zaviranja, s čimer pomaga zmanjšati porabo vodika in doseči večjo avtonomijo. In kot sem že omenil, je edini odpadek, ki nastane, voda, ki jo boste izločili skozi izpušno cev.

Kar se tiče komponente vozila na vodikove gorivne celice, imajo:

• enota za krmiljenje moči: je sistem, ki optimalno nadzoruje dostavo moči v gorivni celici, kot tudi polnjenje baterij in uporabo te električne energije.
• Električni motor: Lahko je eden ali več. To je običajno sinhronski motor s trajnim magnetom, ki bo pretvoril električno energijo iz gorivne celice ali baterije v moč za pogon vozila.
• pretvornik napetosti gorivne celice: je sistem sposoben prilagoditi električno energijo, ki jo proizvaja vodikova gorivna celica, da pridobi ustrezno napetost za motorje.
• skupina gorivnih celic: Je pravo srce sistema, komponenta, v kateri se kemična energija, ki prihaja iz dovoda vodika iz rezervoarjev in kisika iz zraka, pretvori v električno energijo.
• Baterija: baterija je zadolžena za shranjevanje energije, ki jo ustvari gorivna celica in ki se povrne pri pojemku, ter za krepitev moči gorivne celice med pospeševanjem v primerih velikega povpraševanja.
• visokotlačne posode: vodik mora biti varno shranjen v visokotlačnih rezervoarjih. Poleg tega bodo nadtlačni ventili, opozorilo v primeru uhajanja vodika in troslojna struktura: ena iz polimera, ojačanega s steklenimi vlakni, vmesnega polimera in tretja iz plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni. Vse, da prenese zelo visoke pritiske.

delovanje gorivnih celic

Rekli smo, da je gorivna celica, ali električno vozilo na vodikove gorivne celice (FCEV), je odgovorno za ustvarjanje električne energije iz reakcije med vodikom in kisikom iz zraka v ozračju. No, za proizvodnjo te elektrike se uporabljajo elektrokemične reakcije. Gorivne celice bodo uporabljale anodo in katodo na vsaki strani elektrolita. Na primer, vodik se dovaja na anodo, katalizator pa se uporablja za ustvarjanje pozitivno nabitih ionov, ki tečejo skozi elektrolit do katode. Medtem se na katodi zrak vleče v sistem in se združi s katalizatorjem, vodikovimi ioni in elektroni, da proizvede toploto in vodo kot stranska produkta. To inducira tok, ki proizvaja elektriko.

Izkušnje z vožnjo vozila na vodik

V praksi je pri vožnji vozila na vodik izkušnja je skoraj enaka kot pri baterijskem električnem vozilu. Je pa nekaj manjših razlik, veliko jih bo sčasoma, ko bo tehnologija napredovala, izpopolnila, kot se je zgodilo tudi pri električnih avtomobilih, ki so se od prvih predstavljenih modelov do sedanjih precej spremenili, kljub temu, da so relativno mlad..

Izziv za avtomobilske inženirje so vodikove gorivne celice najbolje delujejo s konstantno močjo. Vendar pa zahteve po moči običajnega vozila pri vožnji po različnih cestah, kot sta mestna ali avtocesta, zahtevajo spremembe v dobavi moči. Nekaj, na čemer delajo inženirji, da zagotovijo najboljše možne rezultate.

Na primer, Toyota Mirai ima Nazivna moč 90 kW (120 konjskih moči).. Toda to ni dovolj za hitro pospeševanje na avtocestah, zato Toyota (tako kot drugi proizvajalci HFCV) doda nizkozmogljivo visokonapetostno baterijo, podobno tistim, ki se uporabljajo v bencinsko-električnih hibridnih vozilih, da pomaga doseči ta dodatni pospešek in moč, ko zahtevano. To tudi ne pomeni, da zelo zmogljivih avtomobilov ni mogoče narediti z gorivnimi celicami, v resnici je Hyperion XP-1 superšportni avtomobil na vodik, ki lahko pospeši od 0-100 km/h v približno 2.6 sekunde in doseže najvišjo hitrost 356 km/h.

Prednosti in slabosti vodika kot goriva

Nazadnje je pomembno poudariti, prednosti in slabosti ki mora kot gorivo za vozila uporabljati vodik:

Prednost

Med prednosti Iz uporabe vodika kot goriva imamo:

• Brez emisij: vozila na vodik sproščajo le vodo kot stranski produkt. Zato prispevate k okolju.
• Hitro dolivanje goriva: točenje goriva bo trajalo le nekaj minut, saj boste morali ponovno napolniti samo rezervoarje za vodik, kot bi to storili z dizelskim ali bencinskim gorivom. Nič skupnega z električnimi, ki morajo biti priklopljeni dlje časa, da popolnoma napolnijo baterijo. Poleg tega je povprečni strošek električnega avtomobila približno 8.5 € na 100 km, kar je podobno kot poraba goriva, kot sta dizel ali bencin. Namesto tega bi lahko bil vodik cenejši.
• Izpolnjuje cilje EU: vozila na vodik več kot izpolnjujejo cilje, ki si jih je zastavila EU za zmanjšanje emisij. V predlogu EU za leto 2030 je predvideno zmanjšanje izpustov onesnažujočih plinov za 35 %, avtomobil na vodik pa 0.
• Minimalno vzdrževanje: Ti elektromotorji potrebujejo minimalno, preprosto in poceni vzdrževanje, poleg tega pa so precej zanesljivi. Zato vam v zvezi s tem ne bo treba vlagati toliko kot v vozilo z motorjem z notranjim izgorevanjem.
• Tiho: So prav tako tihi kot električni, zato ne bodo prispevali k obremenitvi s hrupom, ki obstaja v mnogih mestih.
• Večja avtonomija: avtomobili na vodik imajo večjo avtonomijo, nekaj zelo pomembnega. Medtem ko električna vozila v povprečju ponujajo doseg 300 km, lahko vozila na vodik dosežejo več kot dvakrat več. V bližnji prihodnosti bi lahko dosegli celo avtonomijo več kot 2000 km.
• Brez emisij: z nalepko DGT Zero Emissions lahko v mestih parkirate, ne da bi plačali niti centa, tako da imate pri vožnji skozi urbana območja enake prednosti kot z električnimi avtomobili.
• Odporen na ekstremne temperature: Za razliko od 100-odstotno električnih avtomobilov lahko avtomobili na vodik delujejo pri bolj ekstremnih temperaturah. Težko bo opazno v zmogljivosti vozila ali v njegovi avtonomiji, kar se dogaja pri električnih.

Slabosti

Seveda imajo tudi vozila na vodik njegove slabosti, kot vse. Najvidnejši so:

• Cena: Ker ne gre za tako zrelo tehnologijo, imajo vozila na vodik višjo ceno kot običajni avtomobili ali električni avtomobili. Zato je to podrobnost, ki jo je treba upoštevati. Dolgoročno pa lahko prihranite pri gorivu in v delavnici, glede na njihovo zanesljivost. Poleg tega je treba povedati, da bodo ti avtomobili sčasoma padali v ceno, saj bo tehnologija za ustvarjanje gorivnih celic in tudi za rezervoarje za vodik bolj dozorela, kar mora biti zelo varno, da prenese visoke pritiske in prepreči puščanje. v nesrečah, ki bi lahko povzročile eksplozije.
• Nekaj ​​točk za dolivanje goriva: Ker gre trenutno za manjšinsko pogonsko tehnologijo, kot velja za električni avtomobil, ni veliko točk za dolivanje goriva. To bi se moralo postopoma spremeniti. V Španiji je na primer mesta mogoče prešteti na prste ene roke, saj je v Sevilli, Albaceteju, Puertollanu, Zaragozi, Huesci in Barbastru le približno 6 točk. Druge države, na primer Nemčija, že imajo več tovrstnih vozil in imajo cilj doseči do 500 bencinskih mest.
• Majhna raznolikost modelov: Ker ne gre za tako razširjeno tehnologijo, je trenutno na izbiro malo znamk in modelov, čeprav se bo tudi to spremenilo s časom in jih proizvajalci proizvajajo v večjem obsegu. Poleg tega pomanjkanje bencinskih postaj ali vodikovega omrežja ne pomaga spodbujati prodaje te vrste vozil. Vendar pa že imate odlične avtomobile na vodik, kot so Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT itd.
• ni kompakten: Glede na zapletenost rezervoarjev za vodik in gorivne celice imajo ti avtomobili običajno večje dimenzije, tako da lahko pozabite nanje, če iščete pripomočke majhne velikosti. Vsaj zaenkrat, dokler ne dosežemo višje stopnje zbitosti. Tudi v nekaterih primerih prtljažnik običajno ni zelo prostoren, saj mu del prostora zavzamejo druge mehanske komponente. V tem smislu so podobni električnim.
• Nevarno: Vodik je zelo hlapljiv in vnetljiv. Zaradi tega morajo biti rezervoarji za vodik zelo odporni in varni, vzdržati udarce, se izogibati puščanju z dodatnimi varnostnimi sistemi in vzdržati visoke pritiske. Vse za varnost voznikov in drugih potnikov. To vodi do drugega izpeljanega problema, in sicer da imajo gorivne celice in rezervoarji glede na varnostne predpise običajno bolj omejeno življenjsko dobo. Trenutno se ocenjuje, da je meja rezervoarja za vodik 15 let, ko bi ga bilo treba zamenjati z novim. Kar zadeva gorivne celice, nekateri proizvajalci ocenjujejo, da bi lahko zmanjšali svojo moč za 15 % po prevoženih približno 225.000 km uporabe, čeprav se postopoma izboljšujejo v tem pogledu.