Với sự công nghệ hydro Nhiều loại động cơ đã xuất hiện. Một mặt chúng ta có xe hydro sử dụng pin nhiên liệu để tạo ra năng lượng cần thiết để lưu thông và mặt khác chúng ta có động cơ đốt hydro. Điều này đặt ra nhiều câu hỏi, nhưng chúng rất khác nhau.
Bạn nên biết đây là những gì sự khác biệt và hoạt động của hai khía cạnh cực kỳ khác nhau này, nhưng sử dụng cùng một loại nhiên liệu để hoạt động...
Xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro
Các xe chạy bằng pin nhiên liệu, còn được gọi là FCV hoặc FCEV, là một loại xe điện sử dụng pin nhiên liệu làm nguồn năng lượng dùng để chạy động cơ hoặc tích trữ năng lượng trong pin để sử dụng khi cần thiết.
tế bào nhiên liệu tạo ra điện thường sử dụng oxy từ không khí và hydro nén trong xe tăng. Tuy nhiên, có những loại pin nhiên liệu khác có thể sử dụng các nguyên tố khác để tạo ra điện, nhưng ở đây chúng ta chỉ quan tâm đến hydro.
Những phương tiện này tập trung các chất gây ô nhiễm sản xuất hydro tại địa điểm sản xuất hydro (hoặc trong quá trình vận chuyển và lưu trữ hydro, cũng có thể tạo ra chất ô nhiễm từ xe tải và các động cơ khác có liên quan), nếu đó không phải là hydro xanh. Tức là bản thân các phương tiện này không thải ra bất kỳ loại chất gây ô nhiễm trong khi chúng lưu thông.
Tất cả các tế bào nhiên liệu được tạo thành từ ba phần cơ bản:
- Chất điện giải: là chất có chứa các ion tự do trong thành phần nên có tính chất dẫn điện.
- cực dương: Đó là một điện cực hoặc cực của pin tạo ra phản ứng oxy hóa qua đó nó mất đi các electron. Do đó, nó hoạt động như một cực dương.
- Cực âm: Đó là một điện cực hoặc cực của pin trải qua phản ứng khử, tức là phản ứng nhận electron. Do đó, nó hoạt động như một cực âm.
Bằng cách này, một pin nhiên liệu hydro Nó hoạt động giống như một loại pin thông thường, tạo ra năng lượng điện để cung cấp năng lượng cho động cơ hoặc lưu trữ trong pin. Tuy nhiên, trong khi pin cần được sạc thì pin nhiên liệu sẽ được cung cấp năng lượng từ nhiên liệu, trong trường hợp này là hydro.
thách thức lớn nhất
Một trong những thách thức lớn nhất Loại phương tiện này phải đối mặt với thực tế là cần những thùng chứa rất an toàn để chịu được áp suất cao và ngăn ngừa rò rỉ trong trường hợp xảy ra tai nạn có thể tạo ra phản ứng rất dữ dội. Tất nhiên, cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu cũng không phổ biến và rất khó tìm được điểm tiếp nhiên liệu hydro.
Đối với tất cả những điều này, chúng ta phải nói thêm rằng các thiết kế pin nhiên liệu đầu tiên có một dịch vụ cuộc sống giảm, mặc dù đã có một số tiến bộ trong vấn đề này. Ví dụ, màng điện phân polyme, hoặc PEM, tế bào có thể có tới 7300 giờ trong điều kiện chu kỳ.
Mặt khác, cần lưu ý rằng pin nhiên liệu hydro chúng tương đối đắt để sản xuất, vì các vật liệu đắt tiền được sử dụng, chẳng hạn như bạch kim, đóng vai trò là chất xúc tác. Hơn nữa, hydro cũng cần được sản xuất và lưu trữ một cách an toàn, điều này cũng khiến công nghệ này trở nên đắt đỏ hơn. May mắn thay, pin nhiên liệu hydro mới hiện đang được phát triển bằng cách sử dụng các hạt nano, đòi hỏi ít bạch kim hơn và chi phí thấp hơn.
lịch sử
Khái niệm pin nhiên liệu là một hiện tượng được chứng minh lần đầu tiên vào năm 1801 bởi Humphry Davy. Tuy nhiên, phát minh này là do William Grove. Thông qua các thí nghiệm của Grove về cái mà ông gọi là "pin khí điện", họ đã chứng minh rằng có thể sản xuất điện từ khí hydro và oxy. Đó là vào năm 1842, ông đã chứng minh phản ứng điện hóa giữa hydro và oxy trên chất xúc tác bạch kim.
Sau này kỹ sư Francis Thomas Thịt xông khói ông đã cải thiện công việc của Grove bằng cách tạo ra nhiều loại pin nhiên liệu kiềm khác nhau từ năm 1939 đến năm 1959. Phương tiện đầu tiên sử dụng các pin nhiên liệu này là một chiếc máy kéo nông trại Allis-Chalmers đã được sửa đổi vào thời điểm đó, tạo ra công suất lên tới 15 kW.
La cuộc đua vũ trụ thời chiến tranh lạnh nó cũng là một động lực lớn để các công nghệ pin nhiên liệu này được sử dụng trong các sứ mệnh không gian để sản xuất năng lượng điện. Đây là một bước đột phá, sử dụng nó trong viên nang Apollo và mô-đun mặt trăng, trong số những thứ khác.
Tuy nhiên, mãi đến năm 1966, General Motors mới phát triển phương tiện đường bộ đầu tiên sử dụng pin nhiên liệu. là người nổi tiếng xe điện chevrolet. Chiếc xe này có pin nhiên liệu PEM và có thể di chuyển quãng đường lên tới 193 km với tốc độ tối đa 113 km/h. Đó là một chiếc xe hai chỗ ngồi, vì không còn chỗ để chứa thêm nhiên liệu cần thiết được chứa trong hai bình chứa hydro và oxy lớn chiếm phía sau xe tải. Chỉ có một chiếc xe tải duy nhất được chế tạo và giá của nó rất cao.
Vào những năm 80, pin nhiên liệu đã được đưa trở lại cho các ứng dụng trong không gian, chẳng hạn như pin nhiên liệu được đưa vào Tàu con thoi. Nhưng kết thúc chương trình Apollo nó đã khiến nhiều chuyên gia về pin nhiên liệu của NASA tìm đến các công ty tư nhân, nơi họ tiếp tục phát triển để mang lại kết quả trong những thập kỷ sau đó.
xe đốt hydro
El xe động cơ đốt trong hydro, còn được gọi là HICEV theo từ viết tắt trong tiếng Anh, là một loại phương tiện hydro không nên nhầm lẫn với loại sử dụng pin nhiên liệu. Trong trường hợp này, chúng ta không còn nói về xe điện nữa mà là động cơ đốt trong như xăng hoặc dầu diesel.
Trong khi xe chạy bằng pin nhiên liệu sử dụng phản ứng điện hóa để tạo ra điện cung cấp năng lượng cho động cơ điện, thì xe đốt trong sử dụng chu trình tương tự như chu trình của nhiên liệu hóa thạch. Trên thực tế, nó là một sửa đổi của động cơ đốt trong thông thường.
Chỉ trong trường hợp này, thay vì sử dụng không khí để cung cấp oxy và nhiên liệu cho quá trình đốt cháy, hydro và oxy được sử dụng để tạo ra phản ứng nổ sẽ di chuyển các pít-tông xi-lanh. Sự khác biệt là trong quá trình phản ứng này, CO2, hydrocacbon hoặc các hạt gây ô nhiễm khác không được tạo ra trong ống xả như trong nhiên liệu hóa thạch. Trong trường hợp này, chỉ có nước được tạo ra, vì vậy lượng khí thải từ những phương tiện này gần bằng không.
Và chúng không hoàn toàn bằng không vì một lý do, đó là, trong khi hydro trong bình nhiên liệu là tinh khiết, thì trong trường hợp không khí, nó có một thứ gì đó nhiều hơn oxy, như bạn đã biết. Vì lý do này, một số loại khí này có trong không khí có thể phản ứng với hydro và thải ra oxit nitơ hoặc NOx. Tuy nhiên, những khí thải này ít gây ra vấn đề hơn nhiều so với những loại nhiên liệu khác.
Khí thải gây ô nhiễm và các vấn đề khác
Trong khi các phương tiện này có lợi thế là không bị giới hạn bởi các chu kỳ như pin nhiên liệuNgoài những ưu điểm tuyệt vời khác, chúng tiếp tục gặp vấn đề về sản xuất và lưu trữ hydro giống như các hệ thống pin nhiên liệu. Cần phải làm nổi bật lượng khí thải của những phương tiện này là gì.
Vâng, quá trình đốt cháy hydro với oxy tạo ra hơi nước như là sản phẩm duy nhất, là một trong những khí gây hiệu ứng nhà kính, tuy nhiên, có thể được thu giữ để lưu trữ và hóa lỏng thành nước khi được làm lạnh.
2H 2 + HOẶC 2 → 2H 2 O
Thay vào đó, như chúng ta đã nói, không khí có gì đó nhiều hơn oxy. Đây là nguyên nhân của vấn đề, vì bằng cách kết hợp hydro và nitơ, NOx nổi tiếng mà tôi đã đề cập ở trên có thể được tạo ra. Đó là lý do tại sao chúng không thể được gọi là lượng khí thải bằng không. Nghĩa là, công thức của phản ứng hóa học sẽ giống như thế này trong thực tế:
H 2 + HOẶC 2 + N 2 →H 2 HOẶC + KHÔNG x
Mặt khác, phải tính đến việc động cơ không hoàn hảo và một số chất bôi trơn có thể lọt vào buồng đốt như nó cũng xảy ra trong động cơ xăng hoặc diesel. Trong trường hợp này, khí thải cũng có thể chứa dầu hoặc các sản phẩm phụ của dầu do quá trình đốt cháy.
Ngoài ra, như tôi đã chỉ ra trong đoạn đầu tiên của phần này, hydro trình bày một vấn đề khác, và đó là nơi lưu trữ an toàn của bạn. Hãy nhớ rằng hydro dễ bắt lửa hơn so với các loại nhiên liệu khác. Do đó, nếu khí hydro thoát ra ngoài hoặc xảy ra sự cố, khi tiếp xúc với không khí sẽ xảy ra phản ứng nổ rất mạnh.
Trang bị thêm động cơ hiện có
các sự khác biệt của động cơ ICE thông thường và động cơ xăng hoặc diesel được đặc biệt chú trọng vào các khía cạnh như:
- Van và ghế van cứng lại.
- Các thanh kết nối chắc chắn hơn so với động cơ truyền thống.
- Hỗn hợp nhiên liệu của động cơ sẽ có tỷ lệ không khí/nhiên liệu là 29% hydro và 71% không khí, tạo ra công suất có thể nhiều hơn tới 15% so với động cơ xăng hoặc ít hơn 15%, tùy thuộc vào loại.
- Không khí và nhiên liệu (hydro), trong loại động cơ này không được trộn lẫn trước mà buồng đốt sẽ chỉ chứa đầy không khí và sau đó hydro sẽ được phun vào đó. Nếu không, vụ nổ sẽ xảy ra bên ngoài xi lanh.
- Bugi có đầu không phải bạch kim.
- Cuộn dây đánh lửa điện áp cao hơn.
- Kim phun nhiên liệu phải được điều chỉnh cho khí thay vì chất lỏng.
- Bộ giảm chấn trục khuỷu lớn hơn.
- Miếng đệm đầu mạnh mẽ hơn.
- Ống nạp được sửa đổi cho bộ siêu nạp.
- Bộ tăng áp áp suất dương.
- Dầu động cơ nhiệt độ cao.
Đó là, bằng cách làm những sửa đổi động cơ xăng thông thường Nó có thể được điều chỉnh hoàn hảo để chạy bằng hydro, đây là một lợi thế lớn khác, có thể tận dụng công nghệ hiện tại được phát triển cho loại động cơ này hoặc sửa đổi động cơ cổ điển để nó có thể chạy bằng nhiên liệu thân thiện với môi trường hơn.
lịch sử
Động cơ đốt trong hydro lần đầu tiên được thiết kế vào năm 1806 bởi Francois Isaac de Rivaz. Đầu tiên được gọi là động cơ De Rivaz, sử dụng hỗn hợp hydro và oxy để chạy. Sau đó, vào năm 1863, Étienne Lenoir cũng sản xuất Hippomobile, một phương tiện hydro khác.
Năm 1970, một sự kiện quan trọng khác cũng diễn ra, đó là Paul Dieges đã cấp bằng sáng chế cho cách thức mà cải tạo động cơ đốt trong chạy xăng để chạy bằng hydro. Cùng ngày kể từ khi Đại học Tokyo coi trọng các động cơ này và bắt đầu phát triển các công nghệ liên quan đến các động cơ này và điều khiển các phương tiện của tương lai, cả ô tô, xe tải, máy bay, tàu thủy, v.v.
Như bạn đã biết, Nhà sản xuất Nhật Bản Mazda đã phát triển một động cơ kiểu Wankel sử dụng hydro làm nhiên liệu. Ưu điểm của việc sử dụng Wankel ICE này là việc sửa đổi mà động cơ này cần ít hơn nhiều so với các ICE thay thế khác cần. Các nhà sản xuất khác của Nhật Bản cũng đã tham gia vào ô tô hydro, đặt cược lớn, như trường hợp của Toyota.
Giữa năm 2005 và 2007, ở châu Âu cũng có một bước tiến quan trọng, khi BMW thử nghiệm chiếc xe hơi sang trọng đầu tiên chạy bằng hydro. Đó là tất cả về mô hình BMW Hydro 7, có thể đạt tốc độ tối đa 301 km/h, rộng rãi hơn so với các mẫu concept trước đây và có tầm hoạt động xa. Từ đây, các ngành công nghiệp châu Âu khác bắt đầu làm điều tương tự với các phương tiện công nghiệp và dân dụng của họ.
Ưu điểm và nhược điểm của động cơ hydro
Tất nhiên, sử dụng hydro làm nhiên liệu có lợi thế và bất lợi của nó Chúng ta sẽ thấy gì ở đây:
Advantage
- Nếu hydro có màu xanh, nó có thể là một loại nhiên liệu rất sạch và thân thiện với môi trường, vì lượng khí thải bằng 2 hoặc hầu như không đáng kể, và một trong những sản phẩm được tạo ra sau phản ứng là HXNUMXO hoặc nước.
- Chúng là những động cơ có công nghệ hiệu quả hơn. Trong gần 200 năm phát triển, động cơ này đã đạt được hiệu suất và tối ưu hóa tối đa, với hiệu suất 80%. Tức là 80% hydro được sử dụng để tạo ra lực kéo. Trong khi ở động cơ nhiên liệu hóa thạch, hiệu quả này có thể thay đổi từ 20 đến 40% trong nhiều trường hợp.
- Nó cũng có thể được sử dụng cho các phương tiện vận chuyển hạng nặng như tàu thủy, xe lửa, v.v.
Nhược điểm
- Nếu nó là hydro màu xám, nó gây ô nhiễm trong quá trình sản xuất. Thật không may, một tỷ lệ lớn hydro hiện tại có màu xám, vì nó là thứ rẻ nhất để sản xuất thông qua việc đốt nhiên liệu hóa thạch hoặc khí đốt. Tuy nhiên, cũng có hydro màu xanh lam và hydro màu xanh lá cây, màu xanh lục là loại được tạo ra với lượng khí thải bằng không, vì nó sử dụng năng lượng tái tạo để sản xuất và là tương lai.
- Đó là một loại khí nguy hiểm để xử lý. Cả lưu trữ và vận chuyển của nó đều nguy hiểm. Bạn cần những chiếc xe tăng có thể chịu được áp suất cao và có thể chống lại tai nạn, vì nếu không, các phản ứng rất dữ dội sẽ xảy ra khi tiếp xúc với không khí có thể kết liễu mạng sống của phi hành đoàn.
- Không có cơ sở hạ tầng tuyệt vời để tiếp nhiên liệu hydro, cũng như không có cơ sở hạ tầng cho điện cắm. Theo nghĩa này, họ phải tiến xa hơn để bắt kịp các trạm xăng hiện có.