เครื่องยนต์ไฮโดรเจน: การทำงาน ประเภท ข้อเสียและข้อดี

El เครื่องยนต์ไฮโดรเจน ยังคงเป็นหนึ่งในการเดิมพันสำหรับอนาคตของอุตสาหกรรมยานยนต์ การทำงานของมันทำให้มีข้อดีหลายอย่าง ที่ให้คุณอยู่ได้แม้มีข้อเสีย ด้วยเหตุนี้เอง แบรนด์ต่างๆ เช่น Toyota, BMW, Mazda, Hyundai และ Ford จึงได้ทำการผลิต การลงทุนครั้งใหญ่ ในเทคโนโลยีนี้

ในบทความนี้เราจะมาดูที่ เครื่องยนต์ไฮโดรเจนทำงานอย่างไรสิ่งที่ ประเภท มีและสิ่งที่พวกเขา ข้อดีและข้อเสียหลัก. ด้วยวิธีนี้ จะเข้าใจได้ว่าทำไมหลายบริษัทยังคงดำเนินการต่อไป แม้ว่าจะมีการขยายตัวของ รถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่.

เครื่องยนต์ที่ใช้ไฮโดรเจนมีอยู่ XNUMX ประเภท คือ เครื่องยนต์สันดาป และ เครื่องยนต์แปลงเซลล์เชื้อเพลิง. เรามาดูกันว่ามันทำงานอย่างไรและแต่ละข้อดีและข้อเสียมีอะไรบ้าง

เครื่องยนต์ไฮโดรเจนสันดาปภายใน

เครื่องยนต์เหล่านี้ พวกเขาใช้ไฮโดรเจนเหมือนน้ำมันเบนซิน. นั่นคือพวกเขาเผามันในห้องเผาไหม้เพื่อสร้างการระเบิด (พลังงานจลน์และความร้อน) ด้วยเหตุนี้เครื่องยนต์เบนซินธรรมดา สามารถปรับให้เผาไหม้ไฮโดรเจนได้ ในลักษณะเดียวกับที่ปรับให้เข้ากับ GLP o GNC.

เครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนทำงานอย่างไร

การทำงานของเครื่องยนต์นี้คล้ายกับเครื่องยนต์เบนซินมาก ดิ ไฮโดรเจนถูกใช้เป็นเชื้อเพลิง และ y ออกซิเจนเป็นสารออกซิแดนท์. ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นจากประกายไฟ ซึ่งสามารถผลิตได้โดย ปลั๊ก.

ไฮโดรเจนไม่มีอะตอมของคาร์บอน ดังนั้นปฏิกิริยาจึงเป็น การรวมตัวของโมเลกุลไฮโดรเจนสองโมเลกุลกับโมเลกุลออกซิเจนหนึ่งตัวเพื่อปลดปล่อยพลังงานและน้ำ แสดงในสมการทางเคมี: 2H2 + O2 → 2H2O.

El ผล ของปฏิกิริยาเคมีนั้นง่าย ไอน้ำ. อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจน อาจมีการปล่อยมลพิษบ้าง ได้มาจากการดำเนินงาน ตัวอย่างเช่น, NOx . ปริมาณเล็กน้อย, โดยอากาศและความร้อนของ ห้องเผาไหม้หรือ การปล่อย ผลิตโดย เผาน้ำมัน ที่ข้าม แหวนลูกสูบ.

เช่นเดียวกับ ไฮโดรเจน มันเป็นก๊าซ ถูกเก็บไว้ในถังที่แรงดัน 700 บาร์. ซึ่งมากกว่าแรงดันยางรถยนต์ปกติ 350 ถึง 280 เท่า (ระหว่าง 2 ถึง 2,5 บาร์) แม้ว่าจะมีรถยนต์หลายคันที่เก็บไฮโดรเจนไว้ในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิต่ำมาก ดังที่คุณเห็นด้านล่าง

เครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนมีความน่าสนใจบางอย่าง ความได้เปรียบ มากกว่าเครื่องยนต์สันดาปทั่วไป. ยกตัวอย่างเช่น ในทางทฤษฎีพวกเขาสามารถทำงานกับส่วนผสมที่น้อยมาก (แลมบ์ดาใกล้กับ 2). นั่นคือพวกเขาสามารถใช้เชื้อเพลิงเพียงเล็กน้อยเพื่อใช้ประโยชน์จากอากาศทั้งหมดที่เข้ามาและกลายเป็นอย่างมีประสิทธิภาพมาก

ตัวอย่างเครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจน

ลอส บีเอ็มดับเบิลยู 750hl เป็นตัวอย่างที่ดีของเครื่องยนต์ไฮโดรเจน ซึ่งปรากฏในปี 2000 แม้ว่าจริง ๆ แล้วเครื่องยนต์เบนซินของ BMW จะเป็นเครื่องยนต์เบนซิน แต่ก็ปรับให้เผาผลาญไฮโดรเจนได้เช่นกัน

อย่างไรก็ตาม มีข้อบกพร่องหลายประการ: ประการแรก ที่เก็บ ไฮโดรเจนเหลว. ซึ่งต้องใช้คลังสินค้าราคาแพงมากที่ทำจากวัสดุจากอุตสาหกรรมการบินและอวกาศถึง เก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า -250ºC. สิ่งที่สามารถทำได้เพียง 12 หรือ 14 วัน ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ไฮโดรเจนค่อยๆ ระเหยและถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศอย่างปลอดภัย ข้อเสียประการที่สองคือ การใช้ไฮโดรเจน สูญเสียพลังและประสิทธิภาพไปมาก. และ ด้านหลัง BMW Hydrogen 7 ปี 2005 ได้แก้ไขปัญหาเหล่านี้ไปแล้วบางส่วน และทำให้ไฮโดรเจนมีความดัน 700 บาร์ โดยไม่จำเป็นต้องเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำ

อีกตัวอย่างที่ดีคือ เครื่องยนต์ไฮโดรเจนราศีกุมภ์. เครื่องยนต์เชื้อเพลิงฟอสซิลที่พัฒนาโดยบริษัทอิสราเอล ซึ่งถูกดัดแปลงให้ใช้ไฮโดรเจน เวอร์ชันที่ใช้งานได้ครั้งแรกถูกนำเสนอในปี 2014 และต่อมาก็มีเวอร์ชันที่แก้ไขและปรับปรุงแล้ว นักพัฒนากล่าวว่าสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้น้ำมันหล่อลื่นและมีระบบแลกเปลี่ยนก๊าซเพื่อลดการปล่อย NOx

นอกจากนี้ เครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนนี้คือ เบามากและมีชิ้นส่วนน้อยมากดังนั้นการผลิตจึงมีราคาถูก สามารถใช้เป็นเครื่องขยายช่วงสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าหรือเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับโครงข่ายไฟฟ้า

เครื่องยนต์ไฮโดรเจนเซลล์เชื้อเพลิง

ชื่อเต็มของเขาคือ เครื่องยนต์ไฮโดรเจนแปลงเซลล์เชื้อเพลิง. แม้จะมีคำว่า "เชื้อเพลิง" แต่ก็ไม่เผาผลาญไฮโดรเจน พวกเขาใช้มันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าผ่านกระบวนการที่ย้อนกลับของอิเล็กโทรไลซิส นั่นคือเหตุผลที่พวกเขาพกแบตเตอรี่ซึ่งเป็นที่ที่เกิดปฏิกิริยาเคมี

การทำงานของเครื่องยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

เช่นเดียวกับเครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจน ไฮโดรเจนจะถูกเก็บไว้ในถังที่ความดัน 700 บาร์ แทนที่จะส่งไปยังเครื่องยนต์เท่านั้น มันไปถึง เซลล์เชื้อเพลิงที่มีหนึ่งขั้วบวกและหนึ่งขั้วลบ (เช่นแบตเตอรี่)

เมื่ออยู่ในนั้น ไฮโดรเจน (H2) ผ่านเมมเบรนซึ่งแยกออกเป็นไฮโดรเจนไอออน XNUMX ตัวและอิเล็กตรอนอิสระ XNUMX ตัว แสดงเป็นสมการทางเคมี: H2 → 2H+ และ 2e-. สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะเมมเบรนดังกล่าวเป็นฉนวนไฟฟ้าและยอมให้ 2H+ ทะลุผ่านได้ แต่ไม่อนุญาตให้อิเล็กตรอนไหลผ่าน

อิเล็กตรอนเหล่านี้ผ่านจากแอโนดไปยังแคโทด จากแบตเตอรี่โดยวงจรภายนอก จึงทำให้เกิดกระแส ไฟฟ้า. ไฮโดรเจนไอออนที่เกิดพันธะกับออกซิเจนจากอากาศเพื่อสร้างน้ำ แสดงเป็นสูตรเคมี: H2 + 1/2 O2 → H2O

ด้วยเหตุนี้เครื่องยนต์ไฮโดรเจนเซลล์เชื้อเพลิง ใช่มันคือการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์เนื่องจากไม่มีการผลิต NOx หรือก๊าซที่เกิดจากการเผาไหม้ของน้ำมัน เช่นเดียวกับการเผาไหม้

La Membrana ใช้ในเครื่องยนต์เหล่านี้ มันแพงเพราะทำจากแพลตตินั่ม. อย่างไรก็ตาม มีงานแก้ค่าใช้จ่ายสูงแบบนี้. ตัวอย่างเช่น ที่มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเบอร์ลิน พวกเขาได้พัฒนาโลหะผสมเหล็กที่สามารถลดต้นทุนได้มาก หากนำไปผลิตได้

ตัวอย่างรถยนต์ที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

เครื่องยนต์ประเภทนี้ได้รับการคัดเลือกจากรถยนต์หลายยี่ห้อ ตัวอย่างเช่น Honda ที่มี เซลล์เชื้อเพลิงความชัดเจนหรือโตโยต้ากับ Mirai และงานขนส่งหนักอื่นๆ เช่น รถบรรทุกไฮโดรเจน.

สิ่งเหล่านี้จะต้องเพิ่ม ฮุนได nexo, เครื่องโฮเปี้ยม, แลนด์โรเวอร์ ปกป้องไฮโดรเจน, บีเอ็มดับเบิลยู ไอ ไฮโดรเจน เน็กซ์, Mercedes GLC F-เซลล์ และรถบรรทุกยี่ห้อเดียวกัน GenH2.

ข้อเสียของเครื่องยนต์ไฮโดรเจน

• ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในปฏิกิริยาเคมีของเครื่องยนต์ไฮโดรเจนเซลล์เชื้อเพลิงคือ วัสดุราคาแพงเหมือนแพลตตินั่ม อย่างน้อยก็จนกว่ามันจะถูกแทนที่ด้วยอันที่ถูกกว่าเหมือนที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้จากมหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเบอร์ลิน
• ในการรับไฮโดรเจนต้องดำเนินการด้วย กระบวนการทางความร้อนสำหรับเชื้อเพลิงฟอสซิลหรืออิเล็กโทรไลซิสของน้ำซึ่งต้องใช้พลังงาน วิจารณ์หลักของเครื่องยนต์ไฮโดรเจน เนื่องจากไฟฟ้าสามารถเก็บไว้โดยตรงในแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้าสำหรับการใช้งาน
• เมื่อได้ไฮโดรเจนแล้ว จะต้องนำเข้าภายใต้แรงกดดันเข้าไปในเซลล์หรือถัง. กระบวนการที่ต้องใช้พลังงานเพิ่มขึ้นเช่นกัน
• ลา เซลล์ไฮโดรเจน เป็น ราคาแพงในการผลิตพวกมันต้องทนทานอย่างมากในการทนต่อแรงกดดันสูงที่ต้องเก็บไฮโดรเจนไว้

ข้อดีของเครื่องยนต์ไฮโดรเจน

• El น้ำหนักของเซลล์ไฮโดรเจนน้อยกว่า มากกว่าแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า นั่นคือเหตุผลที่การศึกษาการใช้งานในการขนส่งหนักเป็นทางเลือกแทนรถบรรทุกไฟฟ้าแบบใช้แบตเตอรี่ เพื่อให้ครอบคลุมระยะทางไกลได้ น้ำหนักของสิ่งเหล่านี้จึงดีมาก
• ชาร์จไฮโดรเจนได้เร็วกว่า มากกว่าการชาร์จแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบัน
• รถยนต์ที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนไม่จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ขนาดใหญ่ต่างจากรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่ นั่นเป็นเหตุผลที่ ต้องการลิเธียมน้อยหรือวัสดุอื่นที่อาจขาดตลาด. เครื่องยนต์สันดาปไฮโดรเจนไม่จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ลิเธียมหรือแบตเตอรี่อื่นที่คล้ายคลึงกันโดยตรง
• เซลล์เชื้อเพลิงมีอายุการใช้งานยาวนาน. ต่างจากแบตเตอรี่ไฟฟ้าซึ่งเนื่องจากขนาดและความจุจึงมีราคาแพงมากในการเปลี่ยน แบตเตอรี่ที่เกี่ยวข้องกับเครื่องยนต์ไฮโดรเจนนั้นเล็กกว่าและถูกกว่าในการเปลี่ยน
• เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เชื้อเพลิงฟอสซิล เครื่องยนต์ไฮโดรเจนที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงใช้มอเตอร์ไฟฟ้า ดังนั้น เงียบมาก.

วิธีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจน

เครื่องยนต์ไฮโดรเจนมีข้อเสียคือถังหรือเซลล์เชื้อเพลิงต้องมีไฮโดรเจนที่ความดันสูงมาก ดังนั้น จุดอุปทาน ยังต้องปฏิบัติตาม ด้วยแรงดัน 700 บาร์ พวกเขาดำเนินการ

นี้ ต้องมีการสร้างโครงสร้างพื้นฐาน ของอุปทานที่สามารถเติมเชื้อเพลิงให้กับรถยนต์ประเภทนี้ได้ นั่นคือปัญหาเดียวกันกับรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่ แต่ถึงอย่างไร, การเติมน้ำมันนั้นเร็วกว่ามาก กว่าของพวกนี้เพราะมันเหมือนกับของ LPG หรือ GLC

เอกราชของรถยนต์ไฮโดรเจน

รถยนต์ในปัจจุบันที่มีเครื่องยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีความเป็นอิสระคล้ายกับน้ำมันเบนซิน ตัวอย่างเช่น, Toyota Mirai ประกาศ 650 กม. เมื่อเซลล์เต็ม ฮุนได Nexo 756 กม. และ y BMW iX5 ไฮโดรเจน 700km.

คนอื่นชอบ Hopium Machina ประกาศช่วง 1.000 kmถึงแม้ว่าจะเป็นตัวเลขที่ตอนนี้ต้องได้รับการยืนยันเมื่อมันเกิดขึ้น ไม่ว่าในกรณีใด เอกราชไม่สำคัญเท่ากับแบตเตอรี่ไฟฟ้าเนื่องจากการเติมเชื้อเพลิงจะเร็วกว่ามาก สิ่งที่คุณต้องคำนึงถึงคือจำนวนจุดเติมน้ำมัน

รถยนต์ไฮโดรเจนปลอดภัยหรือไม่?

แบรนด์ทำงานมาหลายปีแล้ว บนเครื่องยนต์ประเภทนี้ พัฒนา ประสิทธิภาพ ลดต้นทุน และแน่นอน ทำให้พวกเขาเป็น สีน้ำตาล ประกัน เช่น เชื้อเพลิงฟอสซิล

นอกจากนี้ มาตรฐานความปลอดภัยที่กำหนดในยุโรป สหรัฐอเมริกา และญี่ปุ่น,มีการรับประกันว่ารถยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนมีความปลอดภัย โตโยต้าภูมิใจนำเสนอว่ารถถังของ Mirai มีความทนทานมากจนกันกระสุนได้

เราจะเห็นวันนั้นมาถึงเมื่อรถยนต์ทุกคันขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนหรือไม่? เวลาจะบอกเอง. สิ่งที่ชัดเจนคือแบรนด์ต่างๆ ยังคงลงทุนต่อไปและมีข้อดีบางประการที่คงไว้ซึ่งเป็นทางเลือกที่น่าเชื่อถือในการขนส่งที่ไม่มีการปล่อยมลพิษ