Kuidas vesinikmootor töötab?

vesinikmootor

Vesinikmootorid on jätkuvalt üks autotööstuse tulevasi panuseid. Selle kasutamine on andnud sellele mitmeid eeliseid, hoides seda hoolimata ebaõnnestumistest pinnal. Selleks on Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford ja teised kaubamärgid sellesse tehnoloogiasse palju investeerinud. Vesinikku kasutavate mootorite hulka kuuluvad sisepõlemismootorid ja kütuseelementide konversioonimootorid. Paljud inimesed ei tea kuidas vesinikmootor töötab ning nende eelised ja puudused.

Sel põhjusel pühendame selle artikli teile, kuidas samm-sammult vesinikmootor töötab, millised on selle omadused ja tähtsus mootorimaailma jaoks.

Kuidas vesiniku sisepõlemismootor töötab?

hübriidsõidukid

Need mootorid kasutavad bensiinina vesinikku. See tähendab, et nad põletavad selle põlemiskambris, et tekitada plahvatus (kineetiline energia ja soojus). Sel põhjusel, tavalisi bensiinimootoreid saab kohandada lisaks LPG-le või CNG-le ka vesiniku põletamiseks.

Selle mootori töö on väga sarnane bensiinimootoriga. Kütusena kasutatakse vesinikku ja oksüdeerijana hapnikku. Keemilise reaktsiooni käivitab säde ja süüteküünal võib tekitada sädet. Vesinikul pole süsinikuaatomeid, nii et reaktsioon on selline, et kaks vesiniku molekuli ühinevad ühe hapniku molekuliga, vabastades energiat ja vett.

Selle keemilise reaktsiooni tulemuseks on lihtsalt veeaur. Vesinikpõlemismootorid tekitavad töötamise ajal siiski mõningaid heitmeid. Näiteks väikesed NOx kogused õhust ja soojus põlemiskambrist või mingi õli põletamisel tekkivad heitmed läbi kolvirõngaste.

Kuna vesinik on gaas, hoitakse seda paagis rõhuga 700 baari. See on 350–280 korda kõrgem kui tavaline auto rehvirõhk. (2 kuni 2,5 baari). Kuigi on ka autosid, mis säilitavad vesinikku vedelal kujul väga madalatel temperatuuridel, nagu allpool näidatud.

Vesinikpõlemismootorid pakuvad tavapäraste sisepõlemismootoritega võrreldes huvitavaid eeliseid. Näiteks võivad nad teoreetiliselt kasutada väga peeneid segusid (lambda peaaegu 2). See tähendab, et nad saavad kogu sissetuleva õhu ärakasutamiseks kasutada väga vähe kütust ja muutuda väga tõhusaks.

Vesinikpõlemismootori töö näide

Hea näide vesinikumootorist on BMW 750hl, mis tuli turule aastal 2000. Kuigi tegelikult on tegemist BMW bensiinimootoriga, on see võimeline ka vesinikku põletama.

Sellel on aga mitmeid puudusi: esiteks salvestab see vesinikku vedelal kujul. See nõuab väga kallist paaki, mis on valmistatud materjalidest lennundussektoris, et hoida selle temperatuur alla -250 ºC. Seda on võimalik saavutada vaid 12–14 päeva jooksul, mille jooksul vesinik järk-järgult aurustub ja lastakse ohutult atmosfääri. Teine puudus on see, et vesinikku kasutades kaotate palju võimsust ja tõhusust. Hilisem BMW Hydrogen 7 aastast 2005 lahendas need probleemid osaliselt ja tõstis vesiniku rõhu 700 baarini ilma seda külmana hoidmata.

Teine hea näide on Aquariuse vesinikmootor. Fossiilkütusel töötav mootor, mille on välja töötanud Iisraeli ettevõte, mis sobib vesiniku kasutamiseks. Esimene funktsionaalne versioon tutvustati 2014. aastal ja sellest ajast alates on ilmunud muudetud ja täiustatud versioon. Selle arendajate sõnul võib see töötada ilma määrdeõlita ja on gaasivahetussüsteem NOx heitkoguste vähendamiseks.

Lisaks on vesinikuga sisepõlemismootor kerge ja sellel on vähe osi, mistõttu on selle tootmine odav. Seda saab kasutada elektrisõidukite sõiduulatuse pikendajana või võrgu generaatorina.

Kuidas vesinikkütuseelemendiga mootor töötab?

vesinikmootor

Selle täisnimi on kütuseelemendiga muundatud vesinikmootor. Vaatamata sõnale "kütus" nad vesinikku ei põleta. Nad kasutavad seda elektri tootmiseks elektrolüüsi pöördprotsessi kaudu. Sellepärast kannavad nad keemiliste reaktsioonide jaoks akusid, nagu vesiniku sisepõlemismootoris, kus vesinikku hoitakse mahutites rõhuga 700 baari.

Lihtsalt selle asemel, et seda mootorisse toita, läheb see läbi anoodi ja katoodi (nagu aku) kütuseelementi. Seal läbib gaas vesinik (H2) membraani ja lagundab selle kaheks vesinikiooniks. Vesinik ja kaks vaba elektroni. Need elektronid liiguvad anoodilt aku katoodile läbi välise vooluahela, luues elektrivoolu. Toodetud vesinikuioonid ühinevad õhu hapnikuga, moodustades vee.

Sel põhjusel on vesinikkütuseelemendiga mootor nullheitega, kuna see ei tekita NOx-e ega gaase, mis tekivad õli põletamisel nagu sisepõlemismootor. Nendes mootorites kasutatavad membraanid on valmistatud plaatinast ja on kallid. Selle kõrge kuluga tegelemiseks tehakse aga tööd. Näiteks Berliini tehnikaülikoolis on nad välja töötanud ferrosulami, mis tootmisse pannes võib kulusid oluliselt vähendada.

Vesinikmootorite puudused

kuidas vesinikmootor töötab

  • Keemilistes reaktsioonides kasutatavad katalüsaatorid vesinikkütuseelementide mootorid on valmistatud kallitest materjalidest, näiteks plaatinast. Vähemalt seni, kuni see asendatakse odavama alternatiiviga, nagu Berliini TLÜ-s mainitud.
  • Vesiniku saamiseks tuleb seda teha fossiilkütuste termokeemiliste protsesside või vee elektrolüüsi teel, mis nõuab energiatarbimist. Peamine kriitika vesinikmootoritele, sest elektrit saab salvestada kasutamiseks otse elektrisõiduki akusse.
  • Kui vesinik on saadud, tuleb sisestada kambrisse või survepaaki. See protsess nõuab ka täiendavat energiakulu.
  • Vesinikuakude tootmine on kallis ja peab olema väga vastupidav, et taluda kõrget rõhku, millega vesinikku tuleb säilitada.

Vesinikmootorite eelised

  • Vesinikuakud on kergemad kui elektrisõidukite akud. Seetõttu uuritakse selle kasutamist rasketranspordis alternatiivina akuga elektriveokitele. Suurte vahemaade läbimiseks on need väga rasked.
  • Tänapäeval on vesiniku laadimine kiirem kui elektriauto aku laadimine.
  • Erinevalt akudega elektrisõidukitest ei vaja vesinikkütuseelemendiga sõidukid suuri akusid. Seetõttu vajab see vähem liitiumi või muid materjale, millest võib puudu olla. Vesinik-sisepõlemismootorid ei vaja otseselt liitiumakusid ega muid sarnaseid akusid.
  • Kütuseelemendid võivad pikendada auto eluiga. Erinevalt akudest, mida on oma suuruse ja mahutavuse tõttu kulukas vahetada. Vesinikmootoritega seotud akud on väiksemad ja seetõttu odavamad vahetada.
  • Võrreldes fossiilkütuste mootoritega kasutavad vesinikkütuseelemendiga mootorid elektrimootoreid ja on seetõttu väga vaiksed.

Autonoomia

kuidas vesinikkütusega mootor töötab

Vesinikmootorite puuduseks on see, et nende paagid või kütuseelemendid peavad sisaldama väga kõrge rõhu all olevat vesinikku. Seega toitepunkt peab vastama ka rõhule 700 baari, mida see toetab.

See nõuab seda tüüpi sõidukite tankimiseks taristu infrastruktuuri ehitamist. See tähendab, et sellel on samad probleemid, mis puhastel elektrisõidukitel. Kuid tankimine on nendest palju kiirem, kuna see on sama, mis LPG või GLC sõidukil.

Praegu vesinikkütuseelemendiga mootoritega varustatud autode sõiduulatus on sarnane bensiiniga. Näiteks, Toyota Mirai teatas täis akuga 650 km, Hyundai Nexo 756 km ja BMW iX5 vesinik 700 km.

Teised nagu Hopium Machina on teatanud 1.000 km sõiduulatusest, kuigi see arv tuleb nüüd kinnitada, kui see juhtub. Igal juhul pole autonoomia nii oluline kui aku, sest tankimine on palju kiirem. Asi, mida meeles pidada, on kütusepunktide arv.

Nad on ohutud?

Brändid on seda tüüpi mootorite kallal aastaid töötanud, et parandada nende tõhusust, vähendada kulusid ja loomulikult muuta need sama ohutuks kui fossiilkütustel töötavad mootorid.

Lisaks on vesinikkütusega sõidukite ohutuse tagatiseks Euroopa, USA ja Jaapani nõutud ohutusstandardid. Ütlematagi selge, et Toyota reklaamib seda Mirai bensiinipaak on piisavalt tugev, et olla kuulikindel.

Kas näeme päeva, mil kõik autod sõidavad vesinikuga? Aeg näitab kõike. On selge, et kaubamärgid jätkavad investeerimist ja sellel on mõned eelised, mis muudavad selle mõistlikuks alternatiiviks nullheitega transpordile.

Loodan, et selle teabe abil saate rohkem teada vesinikmootori tööpõhimõtete, selle omaduste, eeliste ja puuduste kohta.


Ole esimene kommentaar

Jäta oma kommentaar

Sinu e-postiaadressi ei avaldata. Kohustuslikud väljad on tähistatud *

*

*

  1. Andmete eest vastutab: Miguel Ángel Gatón
  2. Andmete eesmärk: Rämpsposti kontrollimine, kommentaaride haldamine.
  3. Seadustamine: teie nõusolek
  4. Andmete edastamine: andmeid ei edastata kolmandatele isikutele, välja arvatud juriidilise kohustuse alusel.
  5. Andmete salvestamine: andmebaas, mida haldab Occentus Networks (EL)
  6. Õigused: igal ajal saate oma teavet piirata, taastada ja kustutada.