Πώς λειτουργεί ένας κινητήρας υδρογόνου;

κινητήρας υδρογόνου

Οι κινητήρες υδρογόνου συνεχίζουν να αποτελούν ένα από τα μελλοντικά στοιχήματα της αυτοκινητοβιομηχανίας. Η λειτουργία του του έχει δώσει μια σειρά από πλεονεκτήματα, διατηρώντας το όρθιο παρά τις αποτυχίες του. Για το σκοπό αυτό, η Toyota, η BMW, η Mazda, η Hyundai, η Ford και άλλες μάρκες έχουν επενδύσει πολλά σε αυτήν την τεχνολογία. Οι κινητήρες που χρησιμοποιούν υδρογόνο περιλαμβάνουν κινητήρες εσωτερικής καύσης και κινητήρες μετατροπής κυψελών καυσίμου. Πολλοί άνθρωποι δεν ξέρουν πώς λειτουργεί ένας κινητήρας υδρογόνου και τα αντίστοιχα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα τους.

Για αυτόν τον λόγο, θα αφιερώσουμε αυτό το άρθρο για να σας πούμε πώς λειτουργεί ένας κινητήρας υδρογόνου βήμα προς βήμα, ποια είναι τα χαρακτηριστικά του και η σημασία του για τον κόσμο των κινητήρων.

Πώς λειτουργεί ένας κινητήρας καύσης υδρογόνου;

υβριδικά οχήματα

Αυτοί οι κινητήρες χρησιμοποιούν υδρογόνο ως βενζίνη. Δηλαδή το καίνε σε θάλαμο καύσης για να δημιουργήσουν έκρηξη (κινητική ενέργεια και θερμότητα). Γι 'αυτό το λόγο, Οι συμβατικοί βενζινοκινητήρες μπορούν να προσαρμοστούν για να καίνε υδρογόνο εκτός από το LPG ή το CNG.

Η λειτουργία αυτού του κινητήρα μοιάζει πολύ με αυτή ενός βενζινοκινητήρα. Το υδρογόνο χρησιμοποιείται ως καύσιμο και το οξυγόνο ως οξειδωτικό. Η χημική αντίδραση ξεκινά από έναν σπινθήρα και ένα μπουζί μπορεί να παράγει σπινθήρα. Το υδρογόνο δεν έχει άτομα άνθρακα, οπότε η αντίδραση είναι ότι δύο μόρια υδρογόνου ενώνονται με ένα μόριο οξυγόνου, απελευθερώνοντας ενέργεια και νερό.

Το αποτέλεσμα της χημικής του αντίδρασης είναι απλώς υδρατμοί. Ωστόσο, οι κινητήρες καύσης υδρογόνου παράγουν ορισμένες εκπομπές κατά τη λειτουργία τους. Για παράδειγμα, μικρές ποσότητες NOx από τον αέρα και θερμότητα από τον θάλαμο καύσης ή εκπομπές από την καύση κάποιου λαδιού μέσω των δακτυλίων του εμβόλου.

Καθώς το υδρογόνο είναι αέριο, αποθηκεύεται σε δεξαμενή με πίεση 700 bar. Αυτή είναι 350 έως 280 φορές υψηλότερη από την κανονική πίεση των ελαστικών του αυτοκινήτου. (2 έως 2,5 bar). Αν και υπάρχουν και αυτοκίνητα που αποθηκεύουν υδρογόνο σε υγρή μορφή σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, όπως φαίνεται παρακάτω.

Οι κινητήρες καύσης υδρογόνου προσφέρουν μερικά ενδιαφέροντα πλεονεκτήματα σε σχέση με τους συμβατικούς κινητήρες καύσης. Για παράδειγμα, μπορούν θεωρητικά να χρησιμοποιήσουν πολύ λεπτά μείγματα (Λάμδα κοντά στο 2). Δηλαδή, μπορούν να χρησιμοποιήσουν πολύ λίγα καύσιμα για να χρησιμοποιήσουν όλο τον εισερχόμενο αέρα και να γίνουν πολύ αποδοτικά.

Παράδειγμα για το πώς λειτουργεί ένας κινητήρας καύσης υδρογόνου

Ένα καλό παράδειγμα κινητήρα υδρογόνου είναι η BMW 750hl, η οποία βγήκε στην αγορά το 2000. Αν και είναι στην πραγματικότητα κινητήρας βενζίνης BMW, μπορεί επίσης να καίει υδρογόνο.

Ωστόσο, έχει πολλά μειονεκτήματα: Πρώτον, αποθηκεύει υδρογόνο σε υγρή μορφή. Αυτό απαιτεί μια πολύ ακριβή δεξαμενή κατασκευασμένη από υλικά από το στον αεροδιαστημικό τομέα να διατηρήσει τη θερμοκρασία του κάτω από -250ºC. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο μέσα σε 12 έως 14 ημέρες, κατά τη διάρκεια των οποίων το υδρογόνο εξατμίζεται σταδιακά και απελευθερώνεται με ασφάλεια στην ατμόσφαιρα. Το δεύτερο μειονέκτημα είναι ότι με τη χρήση υδρογόνου χάνετε μεγάλη ισχύ και αποτελεσματικότητα. Η μεταγενέστερη BMW Hydrogen 7 του 2005 έλυσε εν μέρει αυτά τα προβλήματα και αύξησε την πίεση του υδρογόνου στα 700 bar χωρίς να την κρατά κρύα.

Ένα άλλο καλό παράδειγμα είναι ο κινητήρας υδρογόνου Aquarius. Μια μηχανή ορυκτών καυσίμων που αναπτύχθηκε από μια ισραηλινή εταιρεία κατάλληλη για τη χρήση υδρογόνου. Η πρώτη λειτουργική έκδοση παρουσιάστηκε το 2014 και έκτοτε εμφανίστηκε μια αναθεωρημένη και βελτιωμένη έκδοση. Σύμφωνα με τους προγραμματιστές του, μπορεί να λειτουργήσει χωρίς λιπαντικό και έχει ένα σύστημα ανταλλαγής αερίων για τη μείωση των εκπομπών NOx.

Επιπλέον, ο κινητήρας εσωτερικής καύσης υδρογόνου είναι ελαφρύς και έχει λίγα εξαρτήματα, με αποτέλεσμα να είναι φθηνή η παραγωγή του. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως επέκταση αυτονομίας για ηλεκτρικά οχήματα ή ως γεννήτρια για το δίκτυο.

Πώς λειτουργεί ένας κινητήρας κυψελών καυσίμου υδρογόνου;

κινητήρας υδρογόνου

Το πλήρες όνομά του είναι κινητήρας υδρογόνου που έχει μετατραπεί σε κυψέλες καυσίμου. Παρά τη λέξη «καύσιμο», δεν καίνε υδρογόνο. Το χρησιμοποιούν για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια μέσω της αντίστροφης διαδικασίας της ηλεκτρόλυσης. Γι' αυτό μεταφέρουν μπαταρίες για χημικές αντιδράσεις, όπως σε μηχανή καύσης υδρογόνου, όπου Το υδρογόνο αποθηκεύεται σε δεξαμενές με πίεση 700 bar.

Απλώς αντί να το τροφοδοτήσει στον κινητήρα, περνάει από την άνοδο και την κάθοδο (σαν μπαταρία) στην κυψέλη καυσίμου. Μόλις εκεί, το αέριο υδρογόνο (Η2) διέρχεται από τη μεμβράνη και τη διασπά σε δύο ιόντα υδρογόνου. Υδρογόνο και δύο ελεύθερα ηλεκτρόνια. Αυτά τα ηλεκτρόνια περνούν από την άνοδο στην κάθοδο της μπαταρίας μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος, δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα. Τα παραγόμενα ιόντα υδρογόνου συνδυάζονται με οξυγόνο από τον αέρα για να σχηματίσουν νερό.

Για το λόγο αυτό, ένας κινητήρας κυψελών καυσίμου υδρογόνου έχει μηδενικές εκπομπές, δεδομένου ότι δεν παράγει NOx ή τα αέρια που παράγονται κατά την καύση λαδιού όπως ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης. Τα διαφράγματα που χρησιμοποιούνται σε αυτούς τους κινητήρες είναι κατασκευασμένα από πλατίνα και είναι ακριβά. Ωστόσο, υπάρχει δουλειά για να αντιμετωπιστεί αυτό το υψηλό κόστος. Για παράδειγμα, στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Βερολίνου έχουν αναπτύξει ένα σιδηροκράμα που, εάν τεθεί σε παραγωγή, θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά το κόστος.

Μειονεκτήματα των κινητήρων υδρογόνου

πώς λειτουργεί ένας κινητήρας υδρογόνου

  • Καταλύτες που χρησιμοποιούνται σε χημικές αντιδράσεις Οι κινητήρες κυψελών καυσίμου υδρογόνου κατασκευάζονται από ακριβά υλικά, όπως η πλατίνα. Τουλάχιστον μέχρι να αντικατασταθεί από μια φθηνότερη εναλλακτική, όπως αυτή που αναφέρεται στο TU Berlin.
  • Για να ληφθεί υδρογόνο, πρέπει να γίνει με θερμοχημικές διεργασίες ορυκτών καυσίμων ή με ηλεκτρόλυση νερού, που απαιτεί κατανάλωση ενέργειας. Η κύρια κριτική των κινητήρων υδρογόνου, επειδή η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να αποθηκευτεί απευθείας στην μπαταρία ενός ηλεκτρικού οχήματος για χρήση.
  • Μόλις ληφθεί το υδρογόνο, πρέπει να εισαχθεί σε κυψέλη ή δεξαμενή πίεσης. Αυτή η διαδικασία απαιτεί επίσης πρόσθετη ενεργειακή δαπάνη.
  • Οι μπαταρίες υδρογόνου είναι ακριβές στην παραγωγή και πρέπει να είναι πολύ ανθεκτικές για να αντέχουν τις υψηλές πιέσεις με τις οποίες πρέπει να αποθηκεύεται το υδρογόνο.

Πλεονεκτήματα των κινητήρων υδρογόνου

  • Οι μπαταρίες υδρογόνου είναι ελαφρύτερες από τις μπαταρίες των ηλεκτρικών οχημάτων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η χρήση του σε βαριές μεταφορές διερευνάται ως εναλλακτική λύση στα ηλεκτρικά φορτηγά με μπαταρία. Για να μπορέσετε να καλύψετε μεγάλες αποστάσεις, είναι πολύ βαριές.
  • Σήμερα, η φόρτιση υδρογόνου είναι ταχύτερη από τη φόρτιση μιας μπαταρίας ηλεκτρικού αυτοκινήτου.
  • Σε αντίθεση με τα ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρία, τα οχήματα κυψελών καυσίμου υδρογόνου δεν απαιτούν μεγάλες μπαταρίες. Επομένως, απαιτεί λιγότερο λίθιο ή άλλα υλικά που μπορεί να είναι σε έλλειψη. Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης υδρογόνου δεν απαιτούν άμεσα μπαταρίες λιθίου ή άλλες παρόμοιες μπαταρίες.
  • Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής ενός αυτοκινήτου. Σε αντίθεση με τις μπαταρίες, οι οποίες είναι ακριβές στην αντικατάστασή τους λόγω του μεγέθους και της χωρητικότητάς τους. Οι μπαταρίες που σχετίζονται με τους κινητήρες υδρογόνου είναι μικρότερες και επομένως λιγότερο δαπανηρές στην αντικατάστασή τους.
  • Σε σύγκριση με τους κινητήρες ορυκτών καυσίμων, οι κινητήρες κυψελών καυσίμου υδρογόνου χρησιμοποιούν ηλεκτρικούς κινητήρες και επομένως είναι πολύ αθόρυβοι.

Αυτονομία

πώς λειτουργεί ένας κινητήρας καυσίμου υδρογόνου

Το μειονέκτημα των κινητήρων υδρογόνου είναι ότι οι δεξαμενές ή οι κυψέλες καυσίμου τους πρέπει να περιέχουν υδρογόνο σε πολύ υψηλές πιέσεις. Ετσι, το σημείο τροφοδοσίας πρέπει επίσης να συμμορφώνεται με την πίεση των 700 bar που υποστηρίζει.

Αυτό απαιτεί την κατασκευή μιας υποδομής ανεφοδιασμού για να είναι δυνατή η ανεφοδιασμός αυτού του τύπου οχήματος. Τούτου λεχθέντος, έχει τα ίδια προβλήματα με τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα. Ωστόσο, η λειτουργία ανεφοδιασμού είναι πολύ πιο γρήγορη από αυτές, αφού είναι ίδια με ένα όχημα υγραερίου ή GLC.

Τα αυτοκίνητα που είναι σήμερα εξοπλισμένα με κινητήρες κυψελών καυσίμου υδρογόνου έχουν εμβέλεια παρόμοια με τη βενζίνη. Για παράδειγμα, το Toyota Mirai ανακοίνωσε 650 km με γεμάτη μπαταρία, το Hyundai Nexo 756 km και το BMW iX5 Hydrogen 700 km.

Άλλα όπως το Hopium Machina έχουν ανακοινώσει αυτονομία 1.000 km, αν και αυτό το νούμερο θα πρέπει τώρα να επιβεβαιωθεί όταν συμβεί. Σε κάθε περίπτωση, η αυτονομία δεν είναι τόσο σημαντική όσο η μπαταρία, γιατί ο ανεφοδιασμός είναι πολύ πιο γρήγορος. Αυτό που πρέπει να θυμάστε είναι ο αριθμός των σημείων καυσίμου.

Είναι ασφαλείς;

Οι μάρκες εργάζονται σε αυτόν τον τύπο κινητήρα εδώ και χρόνια για να βελτιώσουν την απόδοσή τους, να μειώσουν το κόστος και, φυσικά, να τους κάνουν εξίσου ασφαλείς με αυτούς που λειτουργούν με ορυκτά καύσιμα.

Επιπλέον, τα πρότυπα ασφαλείας που απαιτούνται από την Ευρώπη, τις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ιαπωνία αποτελούν την εγγύηση της ασφάλειας των υδρογονοκίνητων οχημάτων. Περιττό να πούμε ότι η Toyota το διαφημίζει αυτό Η δεξαμενή αερίου του Mirai είναι αρκετά σκληρή ώστε να είναι αλεξίσφαιρη.

Θα δούμε μια μέρα που όλα τα αυτοκίνητα θα λειτουργούν με υδρογόνο; Ο χρόνος θα τα δείξει όλα. Είναι σαφές ότι οι επωνυμίες συνεχίζουν να επενδύουν και έχει ορισμένα πλεονεκτήματα που το καθιστούν μια λογική εναλλακτική λύση στη μεταφορά μηδενικών εκπομπών.

Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για το πώς λειτουργεί ένας κινητήρας υδρογόνου, τα χαρακτηριστικά, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του.


Το περιεχόμενο του άρθρου συμμορφώνεται με τις αρχές μας συντακτική ηθική. Για να αναφέρετε ένα σφάλμα κάντε κλικ Aquí.

Γίνε ο πρώτος που θα σχολιάσει

Αφήστε το σχόλιό σας

Η διεύθυνση email σας δεν θα δημοσιευθεί.

*

*

  1. Υπεύθυνος για τα δεδομένα: Miguel Ángel Gatón
  2. Σκοπός των δεδομένων: Έλεγχος SPAM, διαχείριση σχολίων.
  3. Νομιμοποίηση: Η συγκατάθεσή σας
  4. Κοινοποίηση των δεδομένων: Τα δεδομένα δεν θα κοινοποιούνται σε τρίτους, εκτός από νομική υποχρέωση.
  5. Αποθήκευση δεδομένων: Βάση δεδομένων που φιλοξενείται από τα δίκτυα Occentus (ΕΕ)
  6. Δικαιώματα: Ανά πάσα στιγμή μπορείτε να περιορίσετε, να ανακτήσετε και να διαγράψετε τις πληροφορίες σας.