Водневий двигун: робота, види, недоліки та переваги

El водневий двигун залишається однією із ставок на майбутнє автомобільної промисловості. Його експлуатація дає низку переваг які дозволяють вам залишатися на плаву, незважаючи на ваші недоліки. З цієї причини створили такі бренди, як Toyota, BMW, Mazda, Hyundai і Ford великі інвестиції у цій технології.

У цій статті ми розглянемо як працює водневий двигунщо Типи є і які вони основні плюси і мінуси. Таким чином можна зрозуміти, чому кілька компаній продовжують працювати над цим, незважаючи на розширення акумуляторні електромобілі.

Є два типи двигунів, які використовують водень, двигуни внутрішнього згоряння і двигуни з перетворенням паливних елементів. Давайте подивимося, як вони працюють і які переваги та недоліки має кожен.

Водневий двигун внутрішнього згоряння

ці двигуни вони використовують водень як бензин. Тобто вони спалюють його в камерах згоряння для генерації вибухів (кінетичної енергії та тепла). З цієї причини звичайний бензиновий двигун можуть бути адаптовані для спалювання водню так само, як вони адаптовані для GLP o GNC.

Як працює водневий двигун внутрішнього згоряння?

Робота цього двигуна дуже схожа на роботу бензинового двигуна. The як паливо використовується водень у-ель- кисень як окислювач. Хімічна реакція ініціюється іскрою, яку може утворити a пробки.

Водень не має атомів вуглецю, тому реакція відбувається об'єднання двох молекул водню з однією молекулою кисню, для вивільнення енергії та води. Виражається хімічним рівнянням: 2H2 + O2 → 2H2O.

El результат його хімічна реакція проста водяний пар. Однак водневі двигуни внутрішнього згоряння може виробляти деякі викиди отримані від його роботи. Наприклад, невеликі кількості NOx, повітрям і теплом камери згорянняабо викидів виробляється спаліть трохи олії що перетинають поршневі кільця.

Como ель водень це газ, зберігається в резервуарі під тиском 700 бар. Що в 350-280 разів перевищує звичайний тиск в автомобільних шинах (від 2 до 2,5 бар). Хоча були також автомобілі, які зберігали водень у рідкому стані при дуже низькій температурі, як ви побачите нижче.

Двигуни водневого згоряння пропонують деякі цікаві речі перевага над звичайними двигунами внутрішнього згоряння, Наприклад, теоретично вони могли працювати з дуже бідною сумішшю (Лямбда близька до 2). Тобто вони могли б використовувати мало палива, щоб використати все повітря, що входить, і стати дуже ефективними.

Приклади водневого двигуна внутрішнього згоряння

L bmw 750hl вони є хорошим прикладом водневого двигуна, який з’явився на світ у 2000 році. Хоча насправді це був бензиновий двигун BMW, пристосований також для спалювання водню.

Однак у нього було кілька недоліків: по-перше, він зберігав рідкий водень. Для чого потрібен був дуже дорогий склад із матеріалів аерокосмічної промисловості зберігати при температурі нижче -250ºC. Те, чого можна було досягти лише протягом 12 або 14 днів, протягом якого водень поступово випаровувався і безпечно викидався в атмосферу. Другий недолік полягає в тому, що, використовуючи водень, втратив значну частину своєї потужності та ефективності. зад BMW Hydrogen 7 У 2005 році він уже частково вирішив ці проблеми і підняв тиск водню до 700 бар без необхідності підтримувати його при низькій температурі.

Іншим хорошим прикладом є Водневий двигун Aquarius. Двигун на викопному паливі, розроблений ізраїльською компанією, який був адаптований для використання водню. Перша функціональна версія була представлена ​​в 2014 році, а пізніше надійшла модифікована та вдосконалена версія. За словами його розробників, він може працювати без мастила та має систему газообміну для зменшення викидів NOx.

Крім того, це водневий двигун внутрішнього згоряння дуже легкий і має дуже мало частин, тому його виробництво було б дешевим. Він може працювати як подовжувач запасу ходу для електромобілів або як генератор електроенергії для електричної мережі.

водневий двигун на паливних елементах

Його повне ім’я конверсійний водневий двигун на паливних елементах. Незважаючи на слово «паливо», вони не спалюють водень. Вони використовують його для виробництва електроенергії за допомогою процесу, зворотного електролізу. Тому вони носять акумулятор, де відбувається хімічна реакція.

Робота двигуна на водневих паливних елементах

Як і у водневому двигуні внутрішнього згоряння, водень зберігається в баку під тиском 700 бар. Тільки замість того, щоб подавати його до двигуна, він досягає паливний елемент з одним анодом і одним катодом (як акумулятор).

Опинившись у ньому, водень (H2) проходить через мембрану, який розщеплює його на два іони водню та два вільні електрони. Виражається у вигляді хімічного рівняння: H2 → 2H+ і 2e-. Це відбувається тому, що зазначена мембрана є електрично ізольованою і пропускає 2H+, але не пропускає електрони.

Ці електрони переходять від анода до катода. від батареї по зовнішньому контуру, таким чином генеруючи струм електричні. Отримані іони водню зв’язуються з киснем повітря, утворюючи воду. Виражається хімічною формулою: H2 + 1/2 O2 → H2O

З цієї причини водневий двигун на паливних елементах так, це нульові викиди, оскільки в результаті спалювання нафти не утворюються NOx або гази, як у випадку згоряння.

La мембрана використовується в цих двигунах це дорого, тому що зроблено з платини. Тим не менш, є роботи, щоб вирішити цю високу вартість. Наприклад, у Технічному університеті Берліна вони розробили сплав заліза, який міг би значно знизити витрати, якщо б його можна було запустити у виробництво.

Приклади автомобілів на водневих паливних елементах

Цей тип двигуна вибрали багато автомобільних марок. Наприклад, Honda зі своїм Ясність паливного елемента, або Toyota з Mirai та інші важкі транспортні роботи, такі як вантажівка на водневому двигуні.

До них слід додати hyundai nexus, то Машина хопію, Land Rover захистити водень, то BMW і Hydrogen NEXT, то Mercedes GLC F-CELL та вантажний автомобіль цієї ж марки GenH2.

Недоліки водневого двигуна

• Каталізатори, які використовуються в хімічній реакції водневого двигуна на паливних елементах, є дорогі матеріалияк платина. Принаймні до тих пір, поки його не замінять на більш дешевий, як той, про який згадувалося раніше від Технічного університету Берліна.
• Щоб отримати Гідроген, його необхідно провести с термохімічні процеси для викопного палива або електроліз води, що потребує витрат енергії. Основна критика водневих двигунів, оскільки електроенергія може накопичуватися безпосередньо в акумуляторі електромобіля для використання.
• Після отримання водню, його необхідно вводити під тиском в комірки або резервуари. Процес, який також вимагає додаткових витрат енергії.
• The водневі клітини її дорогий у виробництві, вони повинні бути дуже стійкими, щоб витримувати високий тиск, при якому повинен зберігатися водень.

Переваги водневого двигуна

• El маса водневих елементів менше ніж акумулятори електромобілів. Саме тому його використання у важкому транспорті вивчається як альтернатива акумуляторним електричним вантажівкам. Щоб долати великі відстані, вага таких дуже велика.
• Перезарядка воднем відбувається швидше ніж заряджати акумулятор електромобіля сьогодні.
• На відміну від акумуляторного електромобіля, автомобіль з водневим двигуном на паливних елементах не потребує великого акумулятора. Ось чому вимагає менше літію або інших матеріалів, яких може бути дефіцит. Водневий двигун внутрішнього згоряння не вимагає безпосередньо літієвої батареї чи інших подібних.
• Паливні елементи тривають весь термін служби автомобіля. На відміну від електричних батарей, заміна яких через їх розмір і ємність дуже дорога. Батарея, пов’язана з водневим двигуном, менша, тому її дешевше замінити.
• У порівнянні з двигуном на викопному паливі водневі двигуни на паливних елементах використовують електричний двигун надзвичайно тихо.

Як відбувається заправка воднем

Водневі двигуни мають той недолік, що їх бак або паливний елемент повинен містити водень під дуже високим тиском. Тому точки постачання також повинні відповідати з тиском 700 бар вони несуть.

Це потребує створення інфраструктури постачання, щоб мати можливість заправляти цей тип автомобіля. Тобто та ж проблема, що й у електромобілів на акумуляторах. тим не менш, операція заправки відбувається набагато швидше ніж у цих, оскільки він такий самий, як у транспортних засобів, що зріджують газ або GLC.

автономність водневого автомобіля

Сучасні автомобілі з двигуном на водневих паливних елементах мають автономність, подібну до бензинових. Наприклад, Toyota Mirai анонсує 650 км з повною коміркою, в Hyundai Nexo 756 км у-ель- BMW iX5 Hydrogen 700км.

інші, як Hopium Machina повідомляє про запас ходу в 1.000 км, хоча це цифра, яку наразі потрібно підтвердити, коли вона станеться. У будь-якому випадку автономність не так важлива, як в електричній батареї, оскільки заправка відбувається набагато швидше. Що потрібно враховувати, так це кількість заправок.

Чи безпечний водневий автомобіль?

Бренди працюють роками на цьому типі двигуна покращити ефективність, менші витрати і, звичайно, змусити їх бути засмагу страхування такі як викопне паливо.

Крім того, стандарти безпеки, необхідні в Європі, США та Японії, є гарантією безпеки автомобілів на водневому двигуні. Не заходячи далі, Toyota хвалиться тим, що бак Mirai настільки міцний, що він куленепробивний.

Чи побачимо ми, що настане день, коли всі автомобілі працюватимуть на водні? Час покаже. Зрозуміло лише те, що бренди продовжують інвестувати і що він має деякі переваги, які зберігають його як вірогідну альтернативу транспорту з нульовим рівнем викидів.