Hidrogen mühərriki necə işləyir?

Hidrogen mühərrikləri avtomobil sənayesinin gələcək bahislərindən biri olmaqda davam edir. Onun işləməsi ona bir sıra üstünlüklər verib, uğursuzluqlarına baxmayaraq, onu ayaqda saxlayır. Bu məqsədlə Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford və digər markalar bu texnologiyaya böyük sərmayə qoyublar. Hidrogendən istifadə edən mühərriklərə daxili yanma mühərrikləri və yanacaq hüceyrəsinə çevrilmə mühərrikləri daxildir. Çox adam bilmir hidrogen mühərriki necə işləyir və onların müvafiq üstünlükləri və mənfi cəhətləri.

Bu səbəbdən, bu məqaləni sizə addım-addım hidrogen mühərrikinin necə işlədiyini, xüsusiyyətlərinin nə olduğunu və motor dünyası üçün əhəmiyyətini izah etməyə həsr edəcəyik.

Hidrogen yanma mühərriki necə işləyir?

Bu mühərriklər benzin kimi hidrogendən istifadə edir. Yəni partlayış (kinetik enerji və istilik) yaratmaq üçün onu yanma kamerasında yandırırlar. Bu səbəbdən, adi benzin mühərrikləri LPG və ya CNG-yə əlavə olaraq hidrogeni yandırmaq üçün uyğunlaşdırıla bilər.

Bu mühərrikin işi benzin mühərrikinin işinə çox bənzəyir. Hidrogen yanacaq kimi, oksigen isə oksidləşdirici kimi istifadə olunur. Kimyəvi reaksiya bir qığılcımla başlayır və bir şam bir qığılcım yarada bilər. Hidrogenin karbon atomu yoxdur, belə ki, reaksiya iki hidrogen molekulunun bir oksigen molekulu ilə birləşərək enerji və su buraxmasıdır.

Onun kimyəvi reaksiyasının nəticəsi sadəcə su buxarıdır. Bununla belə, hidrogen yanma mühərrikləri istismarı zamanı bəzi emissiyalar yaradır. Məsələn, havadan az miqdarda NOx və yanma kamerasından istilik və ya porşen halqaları vasitəsilə bir qədər yağın yanması nəticəsində yaranan emissiyalar.

Hidrogen qaz olduğu üçün 700 bar təzyiqli çəndə saxlanılır. Bu, avtomobil təkərlərindəki normal təzyiqdən 350-280 dəfə yüksəkdir. (2-2,5 bar). Baxmayaraq ki, hidrogeni aşağıda göstərildiyi kimi çox aşağı temperaturda maye halında saxlayan avtomobillər də var.

Hidrogen yanma mühərrikləri adi yanma mühərrikləri ilə müqayisədə bəzi maraqlı üstünlüklər təklif edir. Məsələn, nəzəri cəhətdən çox incə qarışıqlardan istifadə edə bilərlər (Lambda 2-yə yaxın). Yəni, daxil olan bütün havanı istifadə etmək üçün çox az yanacaq sərf edə və çox səmərəli ola bilərlər.

Hidrogen yanma mühərrikinin necə işlədiyinə nümunə

Hidrogen mühərrikinin yaxşı nümunəsi 750-ci ildə bazara çıxan BMW 2000hl-dir. O, əslində BMW benzin mühərriki olsa da, hidrogeni də yandıra bilir.

Bununla belə, onun bir sıra çatışmazlıqları var: Birincisi, hidrogeni maye şəklində saxlayır. Bunun üçün materialdan hazırlanmış çox bahalı bir tank lazımdır aerokosmik sektorun temperaturunu -250ºC-dən aşağı saxlamaq üçün. Buna yalnız 12-14 gün ərzində nail olmaq olar, bu müddət ərzində hidrogen tədricən buxarlanır və təhlükəsiz şəkildə atmosferə buraxılır. İkinci çatışmazlıq, hidrogendən istifadə etməklə çox güc və səmərəliliyi itirməyinizdir. 7-ci ildən sonrakı BMW Hydrogen 2005 bu problemləri qismən həll etdi və soyuq saxlamadan hidrogen təzyiqini 700 bara çatdırdı.

Digər yaxşı nümunə Aquarius hidrogen mühərrikidir. İsrail şirkəti tərəfindən hidrogen istifadəsi üçün uyğun olan qalıq yanacaq mühərriki. İlk funksional versiya 2014-cü ildə təqdim edildi və o vaxtdan bəri yenidən işlənmiş və təkmilləşdirilmiş versiya ortaya çıxdı. Tərtibatçıların fikrincə, o, sürtkü yağı olmadan işləyə bilər və var NOx emissiyalarını azaltmaq üçün qaz mübadiləsi sistemi.

Bundan əlavə, hidrogen daxili yanma mühərriki yüngüldür və az hissəyə malikdir, bu da istehsalını ucuz edir. Elektrikli nəqliyyat vasitələri üçün məsafə genişləndirici və ya şəbəkə üçün generator kimi istifadə edilə bilər.

Hidrogen yanacaq hüceyrəsi mühərriki necə işləyir?

Tam adı yanacaq hüceyrəsinə çevrilmiş hidrogen mühərrikidir. “Yanacaq” sözünə baxmayaraq, hidrogeni yandırmırlar. Onlar elektroliz prosesinin tərs yolu ilə elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə edirlər. Buna görə də onlar kimyəvi reaksiyalar üçün batareyaları daşıyırlar, məsələn, hidrogen yanma mühərrikində olduğu kimi hidrogen 700 bar təzyiqi olan çənlərdə saxlanılır.

Sadəcə olaraq, o, mühərrikə qidalandırmaq əvəzinə, anod və katoddan (batareya kimi) yanacaq elementinə keçir. Orada olduqdan sonra hidrogen qazı (H2) membrandan keçir və onu iki hidrogen ionuna parçalayır. Hidrogen və iki sərbəst elektron. Bu elektronlar xarici dövrə vasitəsilə anoddan batareyanın katoduna keçir və elektrik cərəyanı yaradır. Yaranan hidrogen ionları havadakı oksigenlə birləşərək suyu əmələ gətirir.

Bu səbəblə bir hidrogen yanacaq hüceyrəsi mühərriki sıfır emissiyadır, çünki o, daxili yanma mühərriki kimi NOx və ya neft yandırarkən yaranan qazları əmələ gətirmir. Bu mühərriklərdə istifadə olunan diafraqmalar platindən hazırlanır və bahalıdır. Bununla belə, bu yüksək dəyəri aradan qaldırmaq üçün işlər var. Məsələn, Berlin Texniki Universitetində onlar istehsala qoyulsa, xərcləri xeyli azalda biləcək ferroərinti hazırlayıblar.

Hidrogen mühərriklərinin çatışmazlıqları

• Kimyəvi reaksiyalarda istifadə olunan katalizatorlar hidrogen yanacaq hüceyrəsi mühərrikləri platin kimi bahalı materiallardan hazırlanır. Ən azı TU Berlində qeyd olunan kimi daha ucuz alternativlə əvəz olunana qədər.
• Hidrogeni əldə etmək üçün onu qalıq yanacaqların termokimyəvi prosesləri və ya enerji sərfiyyatı tələb edən suyun elektrolizi yolu ilə etmək lazımdır. Hidrogen mühərriklərinin əsas tənqidi, çünki elektrik istifadə üçün elektrik avtomobilinin akkumulyatorunda birbaşa saxlanıla bilər.
• Hidrogen alındıqdan sonra hüceyrəyə və ya təzyiq çəninə daxil edilməlidir. Bu proses həm də əlavə enerji xərcləri tələb edir.
• Hidrogen batareyalarının istehsalı bahalıdır və hidrogenin saxlanması lazım olan yüksək təzyiqlərə tab gətirmək üçün çox davamlı olmalıdır.

Hidrogen mühərriklərinin üstünlükləri

• Hidrogen batareyaları elektrikli avtomobil akkumulyatorlarından daha yüngüldür. Məhz buna görə də onun ağır nəqliyyatda istifadəsi akkumulyatorlu elektrik yük maşınlarına alternativ olaraq araşdırılır. Böyük məsafələri qət edə bilmək üçün çox ağırdırlar.
• Bu gün hidrogeni doldurmaq elektrikli avtomobil akkumulyatorunu doldurmaqdan daha sürətlidir.
• Akkumulyatorlu elektrik avtomobillərindən fərqli olaraq, hidrogen yanacaq hüceyrəsi ilə işləyən avtomobillər böyük batareyalara ehtiyac duymur. Buna görə də, daha az litium və ya çatışmazlığı olan digər materiallar tələb olunur. Hidrogen daxili yanma mühərrikləri birbaşa litium batareyaları və ya digər oxşar batareyaları tələb etmir.
• Yanacaq elementləri avtomobilin ömrünü uzada bilər. Ölçülərinə və tutumuna görə dəyişdirilməsi bahalı olan batareyalardan fərqli olaraq. Hidrogen mühərrikləri ilə əlaqəli batareyalar daha kiçikdir və buna görə dəyişdirilməsi daha ucuzdur.
• Fosil yanacaq mühərrikləri ilə müqayisədə, hidrogen yanacaq hüceyrəsi mühərrikləri elektrik mühərriklərindən istifadə edir və buna görə də çox səssizdir.

Avtonomiya

Hidrogen mühərriklərinin dezavantajı ondan ibarətdir ki, onların çənlərində və ya yanacaq elementlərində çox yüksək təzyiqlərdə hidrogen olmalıdır. Beləliklə, təchizatı nöqtəsi də dəstəklədiyi 700 bar təzyiqə uyğun olmalıdır.

Bu, bu tip avtomobillərə yanacaq doldurmaq üçün təchizat infrastrukturunun qurulmasını tələb edir. Yəni, təmiz elektrik avtomobilləri ilə eyni problemlər var. Bununla belə, yanacaq doldurma əməliyyatı bunlardan daha sürətlidir, çünki o, LPG və ya GLC avtomobili ilə eynidir.

Hal-hazırda hidrogen yanacaq elementi mühərrikləri ilə təchiz edilmiş avtomobillər benzinlə eyni sıraya malikdir. Misal üçün, Toyota Mirai tam akkumulyatorla 650 km, Hyundai Nexo 756 km və BMW iX5 Hydrogen 700 km elan etdi.

Hopium Machina kimi digərləri 1.000 km məsafəni elan etdilər, baxmayaraq ki, bu rəqəm indi baş verəndə təsdiqlənməlidir. Hər halda, muxtariyyət batareya kimi vacib deyil, çünki yanacaq doldurma daha sürətli olur. Yadda saxlamaq lazım olan şey yanacaq nöqtələrinin sayıdır.

Təhlükəsizik?

Brendlər səmərəliliyini artırmaq, xərcləri azaltmaq və təbii ki, onları qalıq yanacaqla işləyənlər qədər təhlükəsiz etmək üçün illərdir bu tip mühərriklər üzərində işləyirlər.

Bundan əlavə, Avropa, ABŞ və Yaponiyanın tələb etdiyi təhlükəsizlik standartları hidrogenlə işləyən avtomobillərin təhlükəsizliyinin təminatıdır. Deməyə ehtiyac yoxdur ki, Toyota bunu önə çəkir Mirai-nin qaz çəni güllə keçirməz olacaq qədər möhkəmdir.

Bütün avtomobillərin hidrogenlə işlədiyi bir gün görəcəyik? Hər şeyi zaman göstərəcək. Brendlərin sərmayə qoymağa davam etdiyi aydındır və onun bəzi üstünlükləri var ki, bu da onu sıfır emissiyalı nəqliyyata ağlabatan alternativ edir.

Ümid edirəm ki, bu məlumatla siz hidrogen mühərrikinin necə işlədiyi, onun xüsusiyyətləri, üstünlükləri və mənfi cəhətləri haqqında daha çox məlumat əldə edə bilərsiniz.