Vetymoottorit ovat edelleen yksi autoteollisuuden tulevaisuuden vetoista. Sen toiminta on tuonut sille joukon etuja, pitäen sen pinnalla epäonnistumisistaan huolimatta. Tätä varten Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford ja muut merkit ovat investoineet voimakkaasti tähän tekniikkaan. Vetyä käyttäviin moottoreihin kuuluvat polttomoottorit ja polttokennomuunnosmoottorit. Monet ihmiset eivät tiedä miten vetymoottori toimii ja niiden edut ja haitat.
Tästä syystä aiomme omistaa tämän artikkelin kertomaan sinulle, kuinka vaiheittainen vetymoottori toimii, mitkä ovat sen ominaisuudet ja merkitys moottorimaailmalle.
Miten vetypolttomoottori toimii?
Nämä moottorit käyttävät vetyä bensiininä. Toisin sanoen he polttavat sen polttokammiossa räjähdyksen luomiseksi (kineettinen energia ja lämpö). Tästä syystä, tavanomaiset bensiinimoottorit voidaan sovittaa polttamaan vetyä nestekaasun tai maakaasun lisäksi.
Tämän moottorin toiminta on hyvin samanlainen kuin bensiinimoottorin. Vetyä käytetään polttoaineena ja happea hapettimena. Kemiallisen reaktion käynnistää kipinä ja sytytystulppa voi tuottaa kipinän. Vety ei sisällä hiiliatomeja, joten reaktio on, että kaksi vetymolekyyliä yhdistyvät yhden happimolekyylin kanssa vapauttaen energiaa ja vettä.
Sen kemiallisen reaktion tulos on yksinkertaisesti vesihöyryä. Vetypolttomoottorit kuitenkin aiheuttavat jonkin verran päästöjä käytön aikana. Esimerkiksi pienet määrät NOx:tä ilmasta ja lämpöä polttokammiosta tai päästöjä öljyn palamisesta männänrenkaiden läpi.
Koska vety on kaasu, se varastoidaan säiliössä, jonka paine on 700 bar. Tämä on 350-280 kertaa korkeampi kuin normaali auton rengaspaine. (2-2,5 bar). Vaikka on myös autoja, jotka varastoivat vetyä nestemäisessä muodossa erittäin alhaisissa lämpötiloissa, kuten alla on esitetty.
Vetypolttomoottorit tarjoavat mielenkiintoisia etuja perinteisiin polttomoottoreihin verrattuna. Ne voivat esimerkiksi teoriassa käyttää erittäin hienojakoisia seoksia (lambda lähellä 2). Toisin sanoen ne voivat käyttää hyvin vähän polttoainetta käyttääkseen kaiken tulevan ilman ja niistä tulee erittäin tehokkaita.
Esimerkki vetypolttomoottorin toiminnasta
Hyvä esimerkki vetymoottorista on BMW 750hl, joka tuli markkinoille vuonna 2000. Vaikka se on itse asiassa BMW-bensiinimoottori, se pystyy myös polttamaan vetyä.
Sillä on kuitenkin useita haittoja: Ensinnäkin se varastoi vetyä nestemäisessä muodossa. Tämä vaatii erittäin kalliin säiliön, joka on valmistettu materiaaleista ilmailuala pitämään lämpötilansa alle -250 ºC. Tämä voidaan saavuttaa vain 12–14 päivässä, jolloin vety haihtuu vähitellen ja vapautuu turvallisesti ilmakehään. Toinen haittapuoli on, että vetyä käyttämällä menetät paljon tehoa ja tehokkuutta. Myöhempi BMW Hydrogen 7 vuodelta 2005 ratkaisi nämä ongelmat osittain ja nosti vedyn paineen 700 baariin pitämättä sitä kylmänä.
Toinen hyvä esimerkki on Aquarius-vetymoottori. Israelilaisen yrityksen kehittämä fossiilisten polttoaineiden moottori, joka soveltuu vedyn käyttöön. Ensimmäinen toimiva versio esiteltiin vuonna 2014, ja siitä lähtien on ilmestynyt tarkistettu ja parannettu versio. Sen kehittäjien mukaan se voi toimia ilman voiteluöljyä ja on kaasunvaihtojärjestelmä NOx-päästöjen vähentämiseksi.
Lisäksi vetypolttomoottori on kevyt ja siinä on vähän osia, minkä vuoksi sen valmistaminen on halpaa. Sitä voidaan käyttää sähköajoneuvojen kantaman pidentäjänä tai verkon generaattorina.
Kuinka vetypolttokennomoottori toimii?
Sen koko nimi on polttokennomuunnettu vetymoottori. Sanasta "polttoaine" huolimatta ne eivät polta vetyä. He käyttävät sitä sähkön tuottamiseen elektrolyysin käänteisprosessin kautta. Siksi he kuljettavat akkuja kemiallisia reaktioita varten, kuten vetypolttomoottorissa, missä vetyä varastoidaan säiliöissä, joiden paine on 700 bar.
Se on vain, että sen sijaan, että se syöttäisi sen moottoriin, se menee anodin ja katodin (kuten akun) läpi polttokennoon. Siellä vetykaasu (H2) kulkee kalvon läpi ja hajottaa sen kahdeksi vety-ioniksi. Vety ja kaksi vapaata elektronia. Nämä elektronit kulkevat anodista akun katodille ulkoisen piirin kautta luoden sähkövirran. Tuotetut vetyionit yhdistyvät ilman hapen kanssa muodostaen vettä.
Tästä syystä vetypolttokennomoottori on päästötön, koska se ei tuota NOx:a tai kaasuja, joita syntyy poltettaessa öljyä kuten polttomoottori. Näissä moottoreissa käytetyt kalvot on valmistettu platinasta ja ovat kalliita. Tämän korkeiden kustannusten korjaamiseksi on kuitenkin työtä. Esimerkiksi Berliinin teknisessä yliopistossa he ovat kehittäneet ferroseoksen, joka tuotantoon otettaessa voisi vähentää kustannuksia huomattavasti.
Vetymoottorien huonot puolet
- Katalyytit, joita käytetään kemiallisissa reaktioissa vetypolttokennomoottorit on valmistettu kalliista materiaaleista, kuten platinasta. Ainakin kunnes se korvataan halvemmalla vaihtoehdolla, kuten Berliinin yliopistossa mainitulla.
- Vedyn saamiseksi se on tehtävä fossiilisten polttoaineiden termokemiallisilla prosesseilla tai veden elektrolyysillä, mikä vaatii energiankulutusta. Suurin kritiikki vetymoottoreille, koska sähkö voidaan varastoida suoraan sähköauton akkuun käytettäväksi.
- Kun vetyä on saatu, on syötettävä kennoon tai painesäiliöön. Tämä prosessi vaatii myös lisäenergiankulutusta.
- Vetyakkujen valmistus on kallista, ja niiden on oltava erittäin kestäviä kestääkseen korkeita paineita, joissa vetyä on varastoitava.
Vetymoottorien edut
- Vetyakut ovat kevyempiä kuin sähköautojen akut. Siksi sen käyttöä raskaassa liikenteessä tutkitaan vaihtoehtona akkusähköautoille. Voidakseen kattaa pitkiä matkoja, ne ovat erittäin raskaita.
- Nykyään vedyn lataaminen on nopeampaa kuin sähköauton akun lataaminen.
- Toisin kuin akkukäyttöiset sähköajoneuvot, vetypolttokennoajoneuvot eivät vaadi suuria akkuja. Siksi se vaatii vähemmän litiumia tai muita materiaaleja, joista voi olla pulaa. Vetypolttomoottorit eivät vaadi suoraan litiumakkuja tai muita vastaavia akkuja.
- Polttokennot voivat pidentää auton käyttöikää. Toisin kuin akut, jotka ovat kalliita vaihtaa koon ja kapasiteetin vuoksi. Vetymoottoriin liittyvät akut ovat pienempiä ja siksi halvempia vaihtaa.
- Fossiilisten polttoaineiden moottoreihin verrattuna vetypolttokennomoottorit käyttävät sähkömoottoreita ja ovat siksi erittäin hiljaisia.
autonomia
Vetymoottorien haittana on, että niiden säiliöissä tai polttokennoissa on oltava vetyä erittäin korkeissa paineissa. Täten, syöttöpisteen tulee myös kestää 700 baarin painetta, jota se tukee.
Tämä edellyttää toimitusinfrastruktuurin rakentamista tämäntyyppisten ajoneuvojen tankkausta varten. Sillä on kuitenkin samat ongelmat kuin puhtailla sähköajoneuvoilla. Tankkaus on kuitenkin paljon nopeampi kuin nämä, koska se on sama kuin nestekaasu- tai GLC-ajoneuvo.
Tällä hetkellä vetypolttokennomoottoreilla varustetut autot ovat samanlaisia kuin bensiini. Esimerkiksi, Toyota Mirai ilmoitti 650 km täydellä akulla, Hyundai Nexo 756 km ja BMW iX5 Hydrogen 700 km.
Toiset, kuten Hopium Machina, ovat ilmoittaneet 1.000 XNUMX kilometrin toimintasäteen, vaikka tämä luku on nyt vahvistettava, kun se tapahtuu. Joka tapauksessa autonomia ei ole yhtä tärkeä kuin akku, koska tankkaus on paljon nopeampaa. Muista polttoainepisteiden määrä.
He ovat turvassa?
Brändit ovat työskennelleet tämäntyyppisten moottoreiden parissa vuosia parantaakseen niiden tehokkuutta, alentaakseen kustannuksia ja tehdäkseen niistä tietysti yhtä turvallisia kuin fossiilisilla polttoaineilla toimivat moottorit.
Lisäksi Euroopan, Yhdysvaltojen ja Japanin vaatimat turvallisuusstandardit takaavat vetykäyttöisten ajoneuvojen turvallisuuden. Tarpeetonta sanoa, että Toyota mainostaa sitä Mirain kaasusäiliö on tarpeeksi kova ollakseen luodinkestävä.
Näemmekö päivän, jolloin kaikki autot toimivat vedyllä? Aika näyttää kaiken. On selvää, että brändit jatkavat investointejaan ja sillä on joitain etuja, jotka tekevät siitä järkevän vaihtoehdon päästöttömälle liikenteelle.
Toivon, että näiden tietojen avulla voit oppia lisää vetymoottorin toiminnasta, sen ominaisuuksista, eduista ja haitoista.