Các ô tô hydro Họ đã xuống hạng ở vị trí thứ hai với sự nổi bật của xe hybrid, xăng và điện. Tuy nhiên, hydro có thể là nhiên liệu của tương lai, với những ưu điểm vượt trội hơn nhiều so với xe điện xét về khía cạnh thân thiện với môi trường. Và đó là ô tô điện không có khí thải, nhưng pin của chúng lại là một thách thức nghiêm trọng đối với môi trường do việc sản xuất lithium cũng như quá trình tái chế và quản lý chất thải của nó. Tuy nhiên, hydro là con gà đẻ trứng vàng, tất cả đều là ưu điểm...
Hydro là gì?
El hydro Nó là một nguyên tố hóa học của bảng tuần hoàn hóa học có đặc điểm là đơn giản nhất với số hiệu nguyên tử là 1. Nó là một loại khí rất nhẹ, có thể lưu trữ được và bản thân nó không tạo ra khí thải gây ô nhiễm. Với những đặc điểm này, nó là một ứng cử viên hoàn hảo để sử dụng làm nhiên liệu. Ngoài ra, nó có rất nhiều trên trái đất và có thể dễ dàng tạo ra nó thông qua các quá trình hóa học. Năng lượng tái tạo thậm chí có thể được sử dụng để sản xuất loại khí này. Do đó, nó cũng có thể là một cách để có được năng lượng tái tạo.
các loại hydro
Có một danh pháp màu phân loại hydro theo cách thu được nó. Điều quan trọng là phải biết các loại hydro hiện có, Gì:
- Hydro màu xám: Loại hydro này thu được bằng cách cải tạo nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như khí tự nhiên. Nó là loại hydro rẻ nhất để sản xuất vào thời điểm hiện tại, nhưng CO2 được thải vào khí quyển trong quá trình sản xuất, vì vậy đây không phải là cách sạch để thu được nó. Nó rẻ nhất và được sản xuất nhiều nhất hiện nay.
- hydro màu xanh: Đó là một loại hydro khác thu được từ nhiên liệu hóa thạch, nhưng lần này với các kỹ thuật có khả năng thu giữ và lưu trữ lượng khí thải CO2 được tạo ra trong quá trình để chúng không thải vào khí quyển, do đó nó ít tác động đến môi trường hơn so với xám. Tất nhiên, lượng khí thải trong quá trình sản xuất không được loại bỏ hoàn toàn, nhưng chúng được giảm bớt. Giá sản xuất loại hydro này là trung gian.
- Hydro xanh: Anh ấy là người giỏi nhất trong ba người, và anh ấy sẽ được nhắc đến rất nhiều. Hydro tái tạo này thu được thông qua quá trình điện phân nước, vì vậy không có ô nhiễm nào được tạo ra trong quá trình này. Ngoài ra, để cung cấp năng lượng cho các hệ thống điện phân, nó được thực hiện bằng năng lượng tái tạo như gió hoặc mặt trời, vì vậy nó là nhiên liệu bền vững và hoàn toàn sạch. Tuy nhiên, nó hiện được sản xuất với số lượng ít hơn so với hai loại trước và đắt nhất.
Thách thức là thay thế tất cả các hydro khác bằng hydro xanh, và theo cách này lấy đúng nhiên liệu.
Hydro thu được như thế nào?
Hydro, như chúng ta đã thấy trong phần trước, có thể được sản xuất theo nhiều cách khác nhau. Nhưng bất kể năng lượng tham gia vào quá trình sản xuất của nó là gì, bây giờ chúng ta hãy xem xét những cách mà khí này có thể thu được rất phong phú:
- biến đổi phân tử: Kỹ thuật này đạt được từ một loạt các phản ứng hóa học để thu được hydro. Trong số các kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất là sử dụng khí tự nhiên thu được từ các mỏ dầu. Hơi nước ở nhiệt độ cao được sử dụng để phân tách carbon từ hydro từ đó tạo ra khí tự nhiên. Đây là cách một mặt thu được dihydrogen và mặt khác thu được carbon dioxide.
- Khí hóa: là phương pháp đạt được quá trình khí hóa bằng hơi nước và oxy tinh khiết từ than đá hoặc sinh khối. Trong lò phản ứng, than hoặc sinh khối được đốt cháy ở nhiệt độ rất cao. Quá trình đốt cháy này giải phóng các khí trong đó có carbon monoxide (CO) và dihydrogen có độc tính cao.
- điện phân nước: Đây là phương pháp tốt nhất trong ba phương pháp về tính bền vững và cả về sự phong phú, vì phần lớn trái đất được tạo thành từ nước. Do đó, nó có thể được lấy từ nước biển và đại dương. Đối với điều này, một bể chứa nước được sử dụng để lắp các điện cực. Bằng cách áp dụng một dòng điện liên tục, các phân tử nước (H2O) được tách thành oxy (O2) và hydro (H2). Khi nguồn năng lượng cho loại điện này là năng lượng tái tạo, chẳng hạn như năng lượng mặt trời hoặc gió, thì hydro này được cho là có màu xanh.
Động cơ hydro (pin nhiên liệu) hoạt động như thế nào?
Khi chúng ta cần chuyển đổi hydro thành năng lượng, khí hydro có thể được lưu trữ trong các thùng chứa cụ thể từ đó nó được dẫn đến pin nhiên liệu. Ở đó, nó được tái kết hợp một lần nữa với oxy trong không khí (như xảy ra trong động cơ đốt trong khi không khí đi vào xi lanh để gây ra quá trình đốt cháy), tạo ra phản ứng năng lượng và do đó thu được năng lượng. Bằng cách này, sẽ không có bất kỳ loại khí gây ô nhiễm nào thải vào bầu khí quyển, vì chất thải duy nhất do loại động cơ này tạo ra là nước. Tái kết hợp oxy trong không khí với hydro tạo ra các phân tử H2O trong quá trình này. Một loại nước có thể được sử dụng cho các mục đích khác, bao gồm tái tạo hydro thông qua quá trình điện phân.
Nhờ phản ứng này giữa hydro và oxy trong pin nhiên liệu của bạn, điện được tạo ra để di chuyển động cơ điện và lái xe. Điều đó có nghĩa là, ô tô hydro về cơ bản là điện, mặc dù chúng không lấy năng lượng từ pin lithium hoặc loại khác gây ô nhiễm, cũng như từ động cơ hybrid cũng có khí thải. Tuy nhiên, một số phương tiện loại này có thể có pin để lưu trữ năng lượng không tiêu thụ để sử dụng vào lúc khác. Ví dụ, khi nhu cầu năng lượng cao, tất cả năng lượng đến từ pin nhiên liệu sẽ được tiêu thụ, trong khi nếu nhu cầu thấp, một phần có thể được chuyển đến các động cơ điện và một phần được lưu trữ trong pin.
Nhiều trong số những chiếc xe này cũng có một phanh tái sinh, nghĩa là tích lũy năng lượng điện từ phanh, do đó giúp giảm mức tiêu thụ hydro và đạt được khả năng tự chủ tốt hơn. Và, như tôi đã đề cập trước đó, chất thải duy nhất được tạo ra là nước, thứ mà bạn sẽ thải ra ngoài qua ống xả.
Đối với các thành phần của một chiếc xe pin nhiên liệu hydro, có:
- bộ điều khiển công suất: là một hệ thống kiểm soát tối ưu việc cung cấp năng lượng trong pin nhiên liệu, cũng như việc sạc pin và sử dụng năng lượng điện này.
- Động cơ điện: Có thể có một hoặc nhiều. Đây thường là một động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu sẽ chuyển đổi điện từ pin nhiên liệu hoặc pin thành năng lượng để đẩy xe.
- bộ chuyển đổi điện áp tế bào nhiên liệu: là hệ thống có khả năng điều chỉnh điện năng do pin nhiên liệu hydro tạo ra để có được điện áp phù hợp cho các động cơ.
- nhóm pin nhiên liệu: Nó là trái tim thực sự của hệ thống, thành phần trong đó năng lượng hóa học đến từ việc cung cấp hydro từ các bình chứa và oxy từ không khí được chuyển hóa thành năng lượng điện.
- Pin: pin có nhiệm vụ lưu trữ năng lượng do pin nhiên liệu tạo ra và năng lượng được phục hồi sau quá trình giảm tốc, cũng như củng cố năng lượng của pin nhiên liệu trong quá trình tăng tốc trong trường hợp có nhu cầu cao.
- bồn chứa cao áp: hydro phải được lưu trữ an toàn trong bình áp suất cao. Ngoài ra, sẽ có van quá áp, cảnh báo trong trường hợp rò rỉ hydro và cấu trúc ba lớp: một lớp làm bằng polyme gia cố sợi thủy tinh, một loại polyme trung gian và lớp thứ ba làm từ nhựa gia cố sợi carbon. Tất cả mọi thứ để chịu được áp lực rất cao.
hoạt động của pin nhiên liệu
Chúng tôi đã nói rằng pin nhiên liệu, hay Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV), có nhiệm vụ tạo ra năng lượng điện từ phản ứng giữa hydro và oxy từ không khí trong bầu khí quyển. Chà, để sản xuất điện đó, các phản ứng điện hóa được sử dụng. Pin nhiên liệu sẽ sử dụng một cực dương và một cực âm ở mỗi bên của chất điện phân. Ví dụ, hydro được cung cấp cho cực dương và chất xúc tác được sử dụng để tạo ra các ion tích điện dương chảy qua chất điện phân đến cực âm. Trong khi đó, ở cực âm, không khí được hút vào hệ thống và kết hợp với chất xúc tác, ion hydro và electron để tạo ra nhiệt và nước dưới dạng sản phẩm phụ. Điều này tạo ra một dòng điện, tạo ra điện.
Trải nghiệm lái xe hydro
Trong thực tế, khi lái một chiếc xe hydro, trải nghiệm gần giống với trải nghiệm của xe điện chạy bằng pin. Tuy nhiên, có một số khác biệt nhỏ, nhiều trong số chúng sẽ được hoàn thiện theo thời gian, khi công nghệ tiến bộ, như chúng đã làm với ô tô điện, vốn đã thay đổi rất nhiều so với những mẫu đầu tiên được giới thiệu cho đến những mẫu hiện tại, mặc dù thực tế là chúng tương đối trẻ. .
Thách thức đối với các kỹ sư ô tô là pin nhiên liệu hydro làm việc tốt nhất với sức mạnh liên tục. Tuy nhiên, nhu cầu năng lượng của một phương tiện thông thường khi di chuyển trên các con đường khác nhau, chẳng hạn như đô thị hoặc đường cao tốc, đòi hỏi phải thay đổi cách cung cấp năng lượng. Một cái gì đó mà các kỹ sư làm việc để mang lại kết quả tốt nhất có thể.
Ví dụ, Toyota Mirai, có một Công suất định mức 90 kW (120 mã lực). Nhưng điều đó là không đủ để tăng tốc trên đường cao tốc, vì vậy Toyota (giống như các nhà sản xuất HFCV khác) bổ sung thêm một pin điện áp cao, dung lượng thấp, giống như pin được sử dụng trong xe hybrid xăng-điện, để giúp đạt được khả năng tăng tốc và sức mạnh bổ sung đó khi yêu cầu. Ngoài ra, điều này không có nghĩa là những chiếc xe cực mạnh không thể được sản xuất bằng pin nhiên liệu, trên thực tế, siêu xe Hyperion XP-1 là một chiếc xe chạy bằng hydro có thể tăng tốc từ 0-100 km/h trong khoảng 2.6 giây và đạt tốc độ tối đa là 356 km/giờ.
Ưu điểm và nhược điểm của hydro làm nhiên liệu
Cuối cùng, điều quan trọng là làm nổi bật ưu điểm và nhược điểm phải sử dụng hydro làm nhiên liệu cho xe cộ:
Advantage
Entre las lợi thế Từ việc sử dụng hydro làm nhiên liệu, chúng ta có:
- Không khí thải: phương tiện hydro chỉ giải phóng nước dưới dạng sản phẩm phụ. Do đó, bạn đóng góp cho môi trường.
- Tiếp nhiên liệu nhanh chóng: sẽ chỉ mất vài phút để tiếp nhiên liệu, vì bạn sẽ chỉ phải đổ đầy bình hydro một lần nữa như khi đổ dầu diesel hoặc xăng. Chả liên quan gì đến đồ điện, phải cắm lâu mới sạc đầy pin. Ngoài ra, chi phí trung bình của một chiếc ô tô điện là khoảng 8.5 € cho mỗi 100 km, tương tự như chi phí cho nhiên liệu như dầu diesel hoặc xăng. Thay vào đó, hydro có thể rẻ hơn.
- Đáp ứng các mục tiêu của EU: các mục tiêu do EU đặt ra để giảm lượng khí thải được đáp ứng nhiều hơn bởi các phương tiện hydro. Trong đề xuất của EU cho năm 2030, nó nhằm mục đích giảm 35% lượng khí thải gây ô nhiễm và ô tô hydro thải ra 0.
- Bảo trì tối thiểu: Những động cơ điện này cần bảo trì tối thiểu, đơn giản và rẻ tiền, cũng như khá đáng tin cậy. Do đó, bạn sẽ không phải đầu tư nhiều như xe động cơ đốt trong về mặt này.
- Im lặng: Chúng yên tĩnh như điện, vì vậy chúng sẽ không góp phần gây ô nhiễm tiếng ồn tồn tại ở nhiều thành phố.
- Quyền tự chủ cao hơn: ô tô hydro có quyền tự chủ cao hơn, một điều rất quan trọng. Trong khi xe điện cung cấp phạm vi hoạt động trung bình là 300 km, thì xe hydro có thể đạt được hơn gấp đôi con số đó. Họ thậm chí có thể đạt được quyền tự chủ hơn 2000 km trong tương lai gần.
- Không phát thải: với nhãn dán DGT Zero Emissions, bạn có thể đỗ xe mà không phải trả một xu nào trong các thành phố, vì vậy bạn có thể có những lợi ích tương tự như với ô tô điện khi lái xe qua các khu vực đô thị.
- Chịu được nhiệt độ khắc nghiệt: Không giống như ô tô điện 100%, ô tô hydro có thể hoạt động ở nhiệt độ khắc nghiệt hơn. Nó sẽ khó được chú ý đến hiệu suất của chiếc xe hoặc khả năng tự chủ của nó, điều vẫn xảy ra với những chiếc xe điện.
Nhược điểm
Tất nhiên, xe hydro cũng có nhược điểm của nó, như tất cả mọi thứ. Nổi bật nhất là:
- Giá: Vì nó không phải là một công nghệ trưởng thành như vậy nên xe chạy bằng hydro có giá cao hơn so với ô tô thông thường hoặc ô tô điện. Vì vậy, nó là một chi tiết để xem xét. Tuy nhiên, về lâu dài, bạn có thể tiết kiệm nhiên liệu và trong xưởng, do chúng đáng tin cậy như thế nào. Ngoài ra, phải nói rằng những chiếc xe này sẽ có xu hướng giảm giá theo thời gian, vì công nghệ tạo ra pin nhiên liệu và cả bình chứa hydro sẽ trưởng thành hơn, điều này phải rất an toàn để chịu được áp suất cao và tránh rò rỉ trong các vụ tai nạn, có thể dẫn đến nổ.
- Vài điểm để tiếp nhiên liệu: Vì hiện tại nó là một công nghệ động cơ đẩy thiểu số, như trường hợp của ô tô điện, nên không có nhiều điểm để tiếp nhiên liệu. Điều này nên dần dần thay đổi. Ví dụ ở Tây Ban Nha, các địa điểm có thể đếm trên đầu ngón tay, vì chỉ có khoảng 6 điểm ở Seville, Albacete, Puertollano, Zaragoza, Huesca và Barbastro. Các quốc gia khác, chẳng hạn như Đức, đã có nhiều phương tiện loại này hơn và có mục tiêu tiếp cận tới 500 điểm tiếp nhiên liệu.
- Ít mẫu mã đa dạng: Vì nó không phải là một công nghệ phổ biến nên hiện tại có rất ít thương hiệu và mẫu mã để lựa chọn, mặc dù điều này cũng sẽ thay đổi khi thời gian trôi qua và các nhà sản xuất sản xuất chúng trên quy mô lớn hơn. Ngoài ra, việc thiếu các điểm tiếp nhiên liệu hoặc mạng lưới hydro không giúp khuyến khích việc bán loại phương tiện này. Tuy nhiên, bạn đã có những chiếc xe hydro tuyệt vời như Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Fuel Cell Clarity, Hyperion XP-1, BMW i Hydrogen NEXT, v.v.
- không nhỏ gọn: Do sự phức tạp của bình chứa hydro và pin nhiên liệu, những chiếc xe này có xu hướng có kích thước lớn hơn, vì vậy nếu bạn đang tìm kiếm những tiện ích cỡ nhỏ, bạn có thể quên nó đi. Ít nhất là trong thời điểm này, cho đến khi đạt được mức độ nén cao hơn. Ngay cả trong một số trường hợp, cốp xe thường không được rộng rãi lắm vì các bộ phận cơ khí khác chiếm một phần diện tích của nó. Theo nghĩa này, chúng tương tự như điện.
- Nguy hiểm: Hydro rất dễ bay hơi và dễ cháy. Vì lý do này, bình chứa hydro phải có độ bền cao và an toàn, chịu được tác động, tránh rò rỉ với các hệ thống an ninh bổ sung và chịu được áp suất cao. Tất cả để giữ an toàn cho tài xế và hành khách khác. Điều này dẫn đến một vấn đề phát sinh khác, đó là pin nhiên liệu và bình chứa thường có tuổi thọ hữu ích hạn chế hơn, theo các quy định về an toàn. Hiện tại, người ta ước tính rằng giới hạn của một bình hydro là 15 năm, lúc đó nó sẽ phải được thay thế bằng một bình mới. Đối với pin nhiên liệu, một số nhà sản xuất ước tính rằng nó có thể giảm 15% công suất sau khi thực hiện khoảng 225.000 km sử dụng, mặc dù họ đang dần cải thiện về mặt này.