Động cơ hydro: hoạt động, các loại, nhược điểm và ưu điểm

El động cơ hydro vẫn là một trong những đặt cược cho tương lai của ngành công nghiệp ô tô. Hoạt động của nó mang lại cho nó một loạt lợi thế điều đó cho phép bạn tồn tại nổi bất chấp những hạn chế của bạn. Vì lý do này, các thương hiệu như Toyota, BMW, Mazda, Hyundai và Ford đã đầu tư lớn trong công nghệ này.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét động cơ hydro hoạt động như thế nào, gì các loại có và chúng là gì ưu và nhược điểm chính. Bằng cách này, có thể hiểu tại sao một số công ty tiếp tục làm việc với nó, bất chấp sự mở rộng của xe điện chạy bằng pin.

Có hai loại động cơ sử dụng hydro, động cơ đốt cháy và động cơ chuyển đổi pin nhiên liệu. Hãy xem chúng hoạt động như thế nào và ưu nhược điểm của từng loại nhé.

Động cơ đốt trong hydro

những động cơ này họ sử dụng hydro như xăng. Tức là chúng đốt cháy nó trong các buồng đốt để tạo ra các vụ nổ (động năng và nhiệt lượng). Vì lý do này, động cơ xăng thông thường có thể được điều chỉnh để đốt cháy hydro theo cùng một cách mà chúng được điều chỉnh cho GLP o GNC.

Động cơ đốt cháy hydro hoạt động như thế nào?

Hoạt động của động cơ này rất giống với động cơ xăng. Các hydro được sử dụng làm nhiên liệu và oxy như chất oxy hóa. Phản ứng hóa học được bắt đầu bởi tia lửa, có thể được tạo ra bởi một phích cắm.

Hiđro không có bất kỳ nguyên tử cacbon nào nên phản ứng là sự kết hợp của hai phân tử hydro với một phân tử oxy, để giải phóng năng lượng và nước. Được biểu thị trong một phương trình hóa học: 2H2 + O2 → 2H2O.

El kết quả phản ứng hóa học của nó chỉ đơn giản là hơi nước. Tuy nhiên, động cơ đốt cháy hydro có thể tạo ra một số khí thải bắt nguồn từ hoạt động của nó. Ví dụ, một lượng nhỏ NOx, bằng không khí và sức nóng của Buồng đốthoặc khí thải được sản xuất bởi đốt một ít dầu vượt qua vòng piston.

Như hydro nó là một chất khí, được chứa trong bồn chứa ở áp suất 700 bar. Cao hơn từ 350 đến 280 lần so với áp suất thông thường của lốp ô tô (từ 2 đến 2,5 bar). Mặc dù cũng đã có những chiếc xe lưu trữ hydro ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ rất thấp, như bạn sẽ thấy bên dưới.

Động cơ đốt cháy hydro cung cấp một số điều thú vị lợi thế hơn động cơ đốt trong thông thường. Ví dụ về mặt lý thuyết, chúng có thể làm việc với một hỗn hợp rất nạc (Lambda gần bằng 2). Đó là, họ có thể sử dụng ít nhiên liệu để tận dụng tất cả không khí đi vào và trở nên rất hiệu quả.

Ví dụ về động cơ đốt cháy hydro

Các bmw 750hl chúng là một ví dụ điển hình về động cơ hydro, được đưa ra ánh sáng vào năm 2000. Mặc dù nó thực sự là động cơ xăng BMW, được điều chỉnh để đốt cháy hydro.

Tuy nhiên, nó có một số nhược điểm: thứ nhất, nó lưu trữ hydro lỏng. Điều này đòi hỏi một nhà kho rất đắt tiền làm bằng vật liệu từ ngành hàng không vũ trụ để giữ nó ở nhiệt độ dưới -250ºC. Điều gì đó chỉ có thể đạt được trong 12 hoặc 14 ngày, khoảng thời gian mà hydro dần dần bay hơi và được giải phóng một cách an toàn vào khí quyển. Hạn chế thứ hai là, bằng cách sử dụng hydro, mất nhiều sức mạnh và hiệu quả của nó. Các phía sau BMW Hydrogen 7 2005, nó đã giải quyết được một phần những vấn đề này và đưa hydro đến áp suất 700 bar mà không cần giữ nó ở nhiệt độ thấp.

Một ví dụ điển hình khác là Động cơ hydro Aquarius. Một động cơ chạy bằng nhiên liệu hóa thạch được phát triển bởi một công ty Israel, được điều chỉnh để sử dụng hydro. Phiên bản chức năng đầu tiên được giới thiệu vào năm 2014 và sau đó một phiên bản sửa đổi và cải tiến đã xuất hiện. Theo các nhà phát triển, nó có thể hoạt động mà không cần dầu bôi trơn và có hệ thống trao đổi khí để giảm lượng khí thải NOx.

Ngoài ra, động cơ đốt cháy hydro này là rất nhẹ và có rất ít bộ phận, vì vậy sản xuất của nó sẽ rẻ. Nó có thể hoạt động như một bộ mở rộng phạm vi cho ô tô điện hoặc như một máy phát điện cho lưới điện.

động cơ hydro pin nhiên liệu

Tên đầy đủ của anh ấy là chuyển đổi pin nhiên liệu động cơ hydro. Mặc dù có từ "nhiên liệu", chúng không đốt cháy hydro. Họ sử dụng nó để sản xuất điện thông qua một quá trình ngược lại với quá trình điện phân. Đó là lý do tại sao họ mang theo pin, nơi diễn ra phản ứng hóa học.

Hoạt động của động cơ pin nhiên liệu hydro

Giống như trong động cơ đốt cháy hydro, hydro được lưu trữ trong một bình ở áp suất 700 bar. Chỉ thay vì cung cấp nó cho một động cơ, nó đạt đến pin nhiên liệu với một cực dương và một cực âm (giống như một cục pin).

Khi đã ở trong đó, hydro (H2) đi qua một lớp màng, phân hủy nó thành hai ion hydro và hai điện tử tự do. Được biểu thị dưới dạng một phương trình hóa học: H2 → 2H + và 2e-. Điều này xảy ra bởi vì màng đã nói là cách điện và cho phép 2H + đi qua, nhưng không cho phép các điện tử đi qua.

Các electron này truyền từ cực dương sang cực âm. từ pin bằng mạch bên ngoài, do đó tạo ra dòng điện điện. Các ion hydro tạo thành liên kết với oxy từ không khí để tạo thành nước. Được biểu thị dưới dạng công thức hóa học: H2 + 1/2 O2 → H2O

Vì lý do này, động cơ hydro pin nhiên liệu vâng, nó không phát thải, vì không có NOx hoặc khí sinh ra từ dầu đốt, như trường hợp đốt cháy.

La màng được sử dụng trong những động cơ này nó đắt vì nó được làm bằng bạch kim. Tuy nhiên, có những công trình để giải quyết chi phí cao này. Ví dụ, tại Đại học Kỹ thuật Berlin, họ đã phát triển một hợp kim sắt có thể hạ giá thành rất nhiều, nếu nó có thể được đưa vào sản xuất.

Ví dụ về ô tô chạy bằng pin nhiên liệu hydro

Loại động cơ này đã được rất nhiều hãng xe lựa chọn. Ví dụ, Honda với Tế bào nhiên liệu rõ ràng, hoặc Toyota với Mirai và các công việc vận chuyển nặng nhọc khác như xe tải chạy bằng hydro.

Đối với những thứ này phải được thêm vào Hyundai nexo, The máy hopium, Land Rover bảo vệ hydro, The BMW i Hydrogen TIẾP THEO, The Mercedes GLC F-CELL và chiếc xe tải cùng nhãn hiệu GenH2.

Nhược điểm của động cơ hydro

• Các chất xúc tác được sử dụng trong phản ứng hóa học của động cơ hydro pin nhiên liệu là vật liệu đắt tiềnnhư bạch kim. Ít nhất là cho đến khi nó được thay thế bằng một cái rẻ hơn, như cái đã được đề cập trước đây của Đại học Kỹ thuật Berlin.
• Để thu được Hydro, nó phải được thực hiện với quy trình nhiệt hóa cho nhiên liệu hóa thạch hoặc điện phân nước, đòi hỏi chi tiêu năng lượng. Chỉ trích chính đối với động cơ hydro, vì điện có thể được lưu trữ trực tiếp trong pin của ô tô điện để sử dụng.
• Sau khi thu được hydro, nó phải được đưa vào dưới áp suất vào các ô hoặc bể chứa. Một quá trình cũng đòi hỏi phải tiêu tốn thêm năng lượng.
• các tế bào hydro Con trai đắt tiền để sản xuất, chúng cần phải rất bền để chịu được áp suất cao mà hydro phải được lưu trữ.

Ưu điểm của động cơ hydro

• El trọng lượng của tế bào hydro nhỏ hơn so với pin của xe điện. Đó là lý do tại sao việc sử dụng nó trong vận chuyển hạng nặng đang được nghiên cứu như một giải pháp thay thế cho xe tải chạy bằng pin. Để có thể bao phủ được quãng đường dài, trọng lượng của những chiếc này là rất lớn.
• Sạc hydro nhanh hơn so với sạc pin của ô tô điện ngày nay.
• Không giống như xe điện chạy bằng pin, xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro không cần pin lớn. Đó là lý do tại sao yêu cầu ít lithium hơn hoặc các vật liệu khác có thể bị thiếu hụt. Động cơ đốt cháy hydro không trực tiếp yêu cầu pin lithium hoặc những loại tương tự khác.
• Pin nhiên liệu kéo dài tuổi thọ của xe. Không giống như pin điện, do kích thước và dung lượng của chúng rất tốn kém để thay thế. Pin liên kết với động cơ hydro nhỏ hơn và do đó rẻ hơn để thay thế.
• So với động cơ nhiên liệu hóa thạch, động cơ hydro pin nhiên liệu sử dụng động cơ điện, vì vậy chúng cực kỳ yên tĩnh.

Làm thế nào hydro được tiếp nhiên liệu

Động cơ hydro có nhược điểm là bình chứa hoặc pin nhiên liệu của chúng phải chứa hydro ở áp suất rất cao. Do đó, điểm cung cấp cũng phải tuân thủ với áp suất 700 bar mà họ mang theo

Cái này yêu cầu tạo ra một cơ sở hạ tầng của nguồn cung cấp để có thể tiếp nhiên liệu cho loại phương tiện này. Đó là, vấn đề tương tự mà xe điện chạy bằng pin gặp phải. Tuy nhiên, hoạt động tiếp nhiên liệu nhanh hơn nhiều hơn so với những thứ này, vì nó giống như của xe chạy bằng LPG hoặc GLC.

quyền tự chủ của một chiếc ô tô chạy hydro

Những chiếc ô tô hiện tại với động cơ pin nhiên liệu hydro có quyền tự chủ tương tự như động cơ chạy bằng xăng. Ví dụ, Toyota Mirai công bố 650 km với ô đầy, Huyndai Nexo 756 km và BMW iX5 Hydrogen 700km.

những người khác thích Hopium Machina công bố tầm bắn 1.000 km, mặc dù nó là một con số mà bây giờ phải được xác nhận khi nó xảy ra. Trong mọi trường hợp, quyền tự chủ không quan trọng bằng pin điện vì việc tiếp nhiên liệu nhanh hơn nhiều. Những gì bạn phải tính đến là số điểm tiếp nhiên liệu.

Xe chạy bằng hydro có an toàn không?

Các thương hiệu đã hoạt động trong nhiều năm trên loại động cơ này để cải thiện hiệu quả, chi phí thấp hơn và tất nhiên, khiến họ trở thành tan bảo hiểm chẳng hạn như nhiên liệu hóa thạch.

Hơn nữa, tiêu chuẩn an toàn được yêu cầu ở Châu Âu, Hoa Kỳ và Nhật Bản, là một đảm bảo rằng xe ô tô chạy bằng hydro là an toàn. Không đi xa hơn, Toyota tự hào rằng xe tăng của Mirai có khả năng chống đạn.

Liệu chúng ta có thấy ngày tất cả ô tô chạy bằng hydro không? Thời gian sẽ trả lời. Điều rõ ràng là các thương hiệu tiếp tục đầu tư và nó có một số lợi thế khiến nó trở thành một giải pháp thay thế hợp lý trong việc vận chuyển không phát thải.