Motor na vodik: delovanje, vrste, slabosti in prednosti

El motor na vodik ostaja ena od stav za prihodnost avtomobilske industrije. Njegovo delovanje mu daje vrsto prednosti ki vam omogočajo, da ostanete na površju kljub svojim pomanjkljivostim. Iz tega razloga so se pojavile znamke, kot so Toyota, BMW, Mazda, Hyundai in Ford velike naložbe v tej tehnologiji.

V tem članku si bomo ogledali kako deluje vodikov motor, kaj vrste obstajajo in kakšne so njihove glavne prednosti in slabosti. Na ta način je mogoče razumeti, zakaj več podjetij še naprej dela na tem, kljub širitvi baterijska električna vozila.

Obstajata dve vrsti motorjev, ki uporabljajo vodik, motorji z notranjim izgorevanjem in motorji za predelavo gorivnih celic. Poglejmo, kako delujejo in kakšne prednosti in slabosti ima vsak.

Vodikov motor z notranjim zgorevanjem

teh motorjev uporabljajo vodik kot bencin. To pomeni, da ga zažgejo v zgorevalnih komorah, da ustvarijo eksplozije (kinetična energija in toplota). Iz tega razloga je običajen bencinski motor se lahko prilagodi za izgorevanje vodika na enak način, kot so prilagojeni za DLP o GNC.

Kako deluje motor z zgorevanjem vodika?

Delovanje tega motorja je zelo podobno delovanju bencinskega motorja. The kot gorivo se uporablja vodik in kisik kot oksidant. Kemijsko reakcijo sproži iskra, ki jo lahko povzroči a čepi.

Vodik nima ogljikovih atomov, zato je reakcija združitev dveh molekul vodika z eno molekulo kisika, za sproščanje energije in vode. Izraženo v kemijski enačbi: 2H2 + O2 → 2H2O.

El rezultat njegove kemične reakcije je preprosto vodna para. Vendar pa motorji z zgorevanjem vodika lahko povzroči nekaj emisij izhaja iz njegovega delovanja. na primer majhne količine NOx, zaradi zraka in toplote zgorevalne komoreali emisije proizvaja zažgite nekaj olja ki prečkajo batni obročki.

Kot vodik je plin, je shranjen v rezervoarju pri tlaku 700 barov. Kar je med 350- do 280-krat več od običajnih tlakov v avtomobilskih pnevmatikah (med 2 in 2,5 bara). Čeprav so bili tudi avtomobili, ki so hranili vodik v tekočem stanju pri zelo nizki temperaturi, kot boste videli spodaj.

Motorji z zgorevanjem vodika ponujajo nekaj zanimivega prednosti nad običajnimi motorji z notranjim izgorevanjem. Na primer, teoretično bi lahko delali z zelo revno mešanico (Lambda blizu 2). To pomeni, da bi lahko porabili malo goriva, da bi izkoristili ves vstopni zrak in postali zelo učinkoviti.

Primeri motorja z zgorevanjem vodika

P bmw 750hl so dober primer motorja na vodik, ki je prišel na dan leta 2000. Čeprav je šlo pravzaprav za bencinski motor BMW, prilagojen tudi za izgorevanje vodika.

Vendar je imel več pomanjkljivosti: prva, da je shranil tekoči vodik. Kar je zahtevalo zelo drago skladišče materialov iz letalske industrije do hranite pri temperaturah pod -250ºC. Nekaj, kar je bilo mogoče doseči le v 12 ali 14 dneh, v obdobju, v katerem je vodik postopoma izhlapeval in bil varno izpuščen v ozračje. Druga pomanjkljivost je, da z uporabo vodika izgubil veliko moči in učinkovitosti. zadaj BMW Hydrogen 7 2005 je že delno rešil te težave in vodik dvignil na 700 barov tlaka, ne da bi ga bilo treba vzdrževati na nizki temperaturi.

Drug dober primer je Vodikov motor Aquarius. Motor na fosilna goriva, ki ga je razvilo izraelsko podjetje in je bil prilagojen za uporabo vodika. Prva funkcionalna različica je bila predstavljena leta 2014, kasneje pa je prišla še spremenjena in izboljšana različica. Po besedah ​​njegovih razvijalcev lahko deluje brez mazalnega olja in ima sistem za izmenjavo plinov za zmanjšanje emisij NOx.

Poleg tega je ta motor z zgorevanjem vodika zelo lahek in ima zelo malo delov, zato bi bila njegova proizvodnja poceni. Lahko bi deloval kot podaljševalec dosega za električne avtomobile ali kot generator električne energije za električno omrežje.

vodikov motor na gorivne celice

Njegovo polno ime je vodikov motor s pretvorbo gorivnih celic. Kljub besedi "gorivo" ne zgorevajo vodika. Uporabljajo ga za proizvodnjo električne energije s postopkom, ki je obraten od elektrolize. Zato nosijo baterijo, kjer poteka kemična reakcija.

Delovanje motorja na vodikove gorivne celice

Kot pri motorju z notranjim zgorevanjem vodik je vodik shranjen v rezervoarju pod tlakom 700 barov. Samo namesto da bi ga dovajal v motor, doseže gorivna celica z eno anodo in eno katodo (kot baterija).

Ko je enkrat v njem, vodik (H2) prehaja skozi membrano, ki ga razgradi na dva vodikova iona in dva prosta elektrona. Izraženo kot kemijska enačba: H2 → 2H+ in 2e-. To se zgodi zato, ker je omenjena membrana električno izolirana in omogoča prehod 2H+, ne prepušča pa prehoda elektronov.

Ti elektroni prehajajo od anode do katode. iz baterije prek zunanjega vezja, tako ustvarja tok električni. Nastali vodikovi ioni se vežejo s kisikom iz zraka in tvorijo vodo. Izraženo s kemijsko formulo: H2 + 1/2 O2 → H2O

Iz tega razloga vodikov motor z gorivnimi celicami ja, brez emisij je, saj pri zgorevanju olja ne nastajajo NOx ali plini, kot je to v primeru zgorevanja.

La membrana ki se uporablja v teh motorjih drago je, ker je iz platine. Vendar pa obstajajo dela za rešitev tega visokega stroška. Tako so na primer na Tehnični univerzi v Berlinu razvili železovo zlitino, ki bi lahko precej znižala stroške, če bi jo dali v proizvodnjo.

Primeri avtomobilov s pogonom na vodik na gorivne celice

Za ta tip motorja so se odločile številne avtomobilske znamke. Na primer Honda s svojim Gorivna celica Clarity, ali Toyota z Mirai in druga težka transportna dela, kot npr tovornjak na vodikov pogon.

Tem je treba dodati še Hyundai nexoje Stroj za hopij, Land Rover braniti vodikje BMW i vodik NASLEDNJIje Mercedes GLC F-CELL in tovorno vozilo iste znamke GenH2.

Slabosti motorja na vodik

• Katalizatorji, ki se uporabljajo pri kemijski reakciji motorja na vodik z gorivnimi celicami, so dragi materialikot platina. Vsaj dokler ga ne bo nadomestil cenejši, kot je prej omenjeni s tehnične univerze v Berlinu.
• Za pridobitev vodika ga je treba izvesti z termokemični procesi za fosilna goriva ali elektroliza vode, kar zahteva porabo energije. Glavna kritika vodikovih motorjev, saj bi lahko elektriko shranili neposredno v baterijo električnega avtomobila za uporabo.
• Ko dobimo vodik, v celice ali rezervoarje ga je treba vnesti pod pritiskom. Proces, ki zahteva tudi dodatno porabo energije.
• The vodikove celice svoje draga za proizvodnjo, morajo biti zelo odporni, da prenesejo visoke pritiske, pri katerih je treba hraniti vodik.

Prednosti motorja na vodik

• El teža vodikovih celic je manjša kot pri baterijah električnih vozil. Zato se preučuje njegova uporaba v težkem transportu kot alternativa baterijskim električnim tovornjakom. Da bi lahko premagali velike razdalje, je teža zelo velika.
• Polnjenje vodika je hitrejše kot polnjenje baterije električnega avtomobila danes.
• Za razliko od baterijskega električnega vozila vozilo na vodik na gorivne celice ne potrebuje velike baterije. Zato potrebuje manj litija ali drugih materialov, ki jih morda primanjkuje. Motor z notranjim zgorevanjem na vodik neposredno ne potrebuje litijeve baterije ali drugih podobnih.
• Gorivne celice trajajo celotno življenjsko dobo avtomobila. Za razliko od električnih baterij, ki jih je zaradi svoje velikosti in kapacitete zelo drago zamenjati. Baterija, povezana z motorjem na vodik, je manjša in zato cenejša za zamenjavo.
• V primerjavi z motorjem na fosilna goriva motorji na vodik z gorivnimi celicami uporabljajo električni motor, zato so izjemno tiho.

Kako se dovaja vodik

Motorji na vodik imajo to pomanjkljivost, da mora njihov rezervoar ali gorivna celica vsebovati vodik pri zelo visokem tlaku. Zato je oskrbovalne točke mora tudi upoštevati s tlakom 700 barov nosijo.

To zahteva vzpostavitev infrastrukture oskrbe, da bi lahko to vrsto vozila natočili z gorivom. To je ista težava, kot jo imajo baterijska električna vozila. Kljub temu, polnjenje goriva je veliko hitrejše kot pri teh, ker je enak kot pri vozilih LPG ali GLC.

avtonomija avtomobila na vodik

Trenutni avtomobili z motorjem na vodikove gorivne celice imajo podobno avtonomijo kot bencinski. na primer Toyota Mirai napoveduje 650 km s polno celico, je Hyundai Nexo 756 km in BMW iX5 vodik 700 km.

drugi kot Hopium Machina napoveduje doseg 1.000 km, čeprav gre za številko, ki jo je treba za zdaj potrditi, ko se pojavi. Vsekakor pa avtonomija ni tako pomembna kot pri električni bateriji, saj je polnjenje veliko hitrejše. Kar morate upoštevati, je število bencinskih točk.

Je avto na vodik varen?

Blagovne znamke delujejo že leta pri tem tipu motorja izboljšati učinkovitost, nižje stroške in seveda naj bodo tan Zavarovanje kot so fosilna goriva.

Poleg tega varnostnih standardov, zahtevanih v Evropi, ZDA in na Japonskem, so zagotovilo, da so avtomobili s pogonom na vodik varni. Ne da bi šli dlje, Toyota se hvali, da je rezervoar Miraija tako odporen, da je neprebojen.

Bomo dočakali dan, ko bodo vsi avtomobili poganjali vodik? Čas bo povedal. Jasno je, da blagovne znamke še naprej vlagajo in da ima nekaj prednosti, ki ga ohranjajo kot verodostojno alternativo pri prevozu brez emisij.