હાઇડ્રોજન એન્જિન કેવી રીતે કામ કરે છે?

હાઇડ્રોજન એન્જિન ઓટોમોટિવ ઉદ્યોગના ભાવિ બેટ્સમાંથી એક છે. તેની નિષ્ફળતાઓ છતાં તેને તરતું રાખીને તેના ઓપરેશને તેને શ્રેણીબદ્ધ ફાયદાઓ આપ્યા છે. આ માટે, Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford અને અન્ય બ્રાન્ડ્સે આ ટેક્નોલોજીમાં ભારે રોકાણ કર્યું છે. હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ કરતા એન્જિનમાં આંતરિક કમ્બશન એન્જિન અને ફ્યુઅલ સેલ કન્વર્ઝન એન્જિનનો સમાવેશ થાય છે. ઘણા લોકો જાણતા નથી હાઇડ્રોજન એન્જિન કેવી રીતે કામ કરે છે અને તેમના સંબંધિત ફાયદા અને ગેરફાયદા.

આ કારણોસર, અમે આ લેખ તમને એ જણાવવા માટે સમર્પિત કરવા જઈ રહ્યા છીએ કે સ્ટેપ-બાય-સ્ટેપ હાઈડ્રોજન એન્જિન કેવી રીતે કામ કરે છે, તેની લાક્ષણિકતાઓ શું છે અને મોટર વિશ્વ માટે તેનું મહત્વ.

હાઇડ્રોજન કમ્બશન એન્જિન કેવી રીતે કામ કરે છે?

આ એન્જિનો ગેસોલિન તરીકે હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ કરે છે. એટલે કે, તેઓ તેને વિસ્ફોટ (ગતિ ઊર્જા અને ગરમી) બનાવવા માટે કમ્બશન ચેમ્બરમાં બાળી નાખે છે. આ કારણ થી, પરંપરાગત ગેસોલિન એન્જિનોને એલપીજી અથવા સીએનજી ઉપરાંત હાઇડ્રોજન બર્ન કરવા માટે અનુકૂળ કરી શકાય છે.

આ એન્જિનનું સંચાલન ગેસોલિન એન્જિન જેવું જ છે. હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ બળતણ તરીકે અને ઓક્સિજનનો ઓક્સિડન્ટ તરીકે થાય છે. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા સ્પાર્ક દ્વારા શરૂ થાય છે અને સ્પાર્ક પ્લગ સ્પાર્ક પેદા કરી શકે છે. હાઇડ્રોજનમાં કાર્બન પરમાણુ નથી, તેથી પ્રતિક્રિયા એ છે કે બે હાઇડ્રોજન અણુઓ એક ઓક્સિજન પરમાણુ સાથે જોડાય છે, ઊર્જા અને પાણી મુક્ત કરે છે.

તેની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનું પરિણામ ફક્ત પાણીની વરાળ છે. જો કે, હાઇડ્રોજન કમ્બશન એન્જિન તેમની કામગીરી દરમિયાન કેટલાક ઉત્સર્જન ઉત્પન્ન કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, હવામાંથી ઓછી માત્રામાં NOx અને કમ્બશન ચેમ્બરમાંથી ગરમી, અથવા પિસ્ટન રિંગ્સ દ્વારા થોડું તેલ બાળવાથી ઉત્સર્જન.

હાઇડ્રોજન એક ગેસ હોવાથી, તે 700 બારના દબાણ સાથે ટાંકીમાં સંગ્રહિત થાય છે. આ સામાન્ય કારના ટાયરના દબાણ કરતાં 350 થી 280 ગણું વધારે છે. (2 થી 2,5 બાર). તેમ છતાં એવી કાર પણ છે જે હાઇડ્રોજનને પ્રવાહી સ્વરૂપમાં ખૂબ જ નીચા તાપમાને સંગ્રહિત કરે છે, નીચે બતાવ્યા પ્રમાણે.

હાઇડ્રોજન કમ્બશન એન્જિન પરંપરાગત કમ્બશન એન્જિનો કરતાં કેટલાક રસપ્રદ ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, તેઓ સૈદ્ધાંતિક રીતે ખૂબ જ સુંદર મિશ્રણનો ઉપયોગ કરી શકે છે (લેમ્બડા 2 ની નજીક). એટલે કે, તેઓ આવનારી બધી હવાનો ઉપયોગ કરવા માટે ખૂબ જ ઓછા બળતણનો ઉપયોગ કરી શકે છે અને ખૂબ કાર્યક્ષમ બની શકે છે.

હાઇડ્રોજન કમ્બશન એન્જિન કેવી રીતે કામ કરે છે તેનું ઉદાહરણ

હાઇડ્રોજન એન્જિનનું સારું ઉદાહરણ BMW 750hl છે, જે 2000 માં બજારમાં આવ્યું હતું. જો કે તે વાસ્તવમાં BMW પેટ્રોલ એન્જિન છે, તે હાઇડ્રોજનને બાળવામાં પણ સક્ષમ છે.

જો કે, તેમાં ઘણી ખામીઓ છે: પ્રથમ, તે હાઇડ્રોજનને પ્રવાહી સ્વરૂપમાં સંગ્રહિત કરે છે. આ માટે સામગ્રીમાંથી બનાવેલ ખૂબ જ ખર્ચાળ ટાંકીની જરૂર છે એરોસ્પેસ સેક્ટર તેનું તાપમાન -250ºC ની નીચે રાખવા માટે. આ ફક્ત 12 થી 14 દિવસમાં જ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, તે સમય દરમિયાન હાઇડ્રોજન ધીમે ધીમે બાષ્પીભવન થાય છે અને સુરક્ષિત રીતે વાતાવરણમાં મુક્ત થાય છે. બીજો ગેરલાભ એ છે કે હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ કરીને તમે ઘણી શક્તિ અને કાર્યક્ષમતા ગુમાવો છો. 7 થી પછીના BMW હાઇડ્રોજન 2005 એ આ સમસ્યાઓને આંશિક રીતે હલ કરી અને તેને ઠંડુ રાખ્યા વિના હાઇડ્રોજનનું દબાણ 700 બાર સુધી વધાર્યું.

બીજું સારું ઉદાહરણ એક્વેરિયસ હાઇડ્રોજન એન્જિન છે. હાઇડ્રોજનના ઉપયોગ માટે યોગ્ય ઇઝરાયેલી કંપની દ્વારા વિકસિત અશ્મિભૂત ઇંધણ એન્જિન. પ્રથમ કાર્યાત્મક સંસ્કરણ 2014 માં રજૂ કરવામાં આવ્યું હતું અને ત્યારથી સુધારેલ અને સુધારેલ સંસ્કરણ દેખાયું છે. તેના વિકાસકર્તાઓ અનુસાર, તે તેલને લુબ્રિકેટ કર્યા વિના કામ કરી શકે છે અને ધરાવે છે NOx ઉત્સર્જન ઘટાડવા માટે ગેસ વિનિમય સિસ્ટમ.

વધુમાં, હાઇડ્રોજન આંતરિક કમ્બશન એન્જિન હલકું છે અને તેના થોડા ભાગો છે, જે તેને ઉત્પાદન કરવા માટે સસ્તું બનાવે છે. તેનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે રેન્જ એક્સટેન્ડર તરીકે અથવા નેટવર્ક માટે જનરેટર તરીકે થઈ શકે છે.

હાઇડ્રોજન ફ્યુઅલ સેલ એન્જિન કેવી રીતે કામ કરે છે?

તેનું પૂરું નામ ફ્યુઅલ સેલ કન્વર્ટેડ હાઇડ્રોજન એન્જિન છે. "બળતણ" શબ્દ હોવા છતાં, તેઓ હાઇડ્રોજનને બાળતા નથી. તેઓ તેનો ઉપયોગ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની વિપરીત પ્રક્રિયા દ્વારા વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે કરે છે. તેથી જ તેઓ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ માટે બેટરીઓ વહન કરે છે, જેમ કે હાઇડ્રોજન કમ્બશન એન્જિનમાં, જ્યાં હાઇડ્રોજન 700 બારના દબાણ સાથે ટાંકીમાં સંગ્રહિત થાય છે.

તે માત્ર એટલું જ છે કે તેને મોટરને ખવડાવવાને બદલે, તે એનોડ અને કેથોડ (જેમ કે બેટરી) દ્વારા ફ્યુઅલ સેલમાં જાય છે. એકવાર ત્યાં પહોંચ્યા પછી, હાઇડ્રોજન ગેસ (H2) પટલમાંથી પસાર થાય છે અને તેને બે હાઇડ્રોજન આયનોમાં તોડી નાખે છે. હાઇડ્રોજન અને બે મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન. આ ઇલેક્ટ્રોન બાહ્ય સર્કિટ દ્વારા એનોડમાંથી બેટરીના કેથોડમાં પસાર થાય છે, વિદ્યુત પ્રવાહ બનાવે છે. ઉત્પાદિત હાઇડ્રોજન આયન હવામાંથી ઓક્સિજન સાથે મળીને પાણી બનાવે છે.

આ કારણોસર, હાઇડ્રોજન ઇંધણ સેલ એન્જિન શૂન્ય ઉત્સર્જન છે, કારણ કે તે NOx અથવા આંતરિક કમ્બશન એન્જિનની જેમ તેલ બાળતી વખતે ઉત્પન્ન થતા વાયુઓ ઉત્પન્ન કરતું નથી. આ એન્જિનોમાં વપરાતા ડાયાફ્રેમ્સ પ્લેટિનમમાંથી બનેલા છે અને તે ખર્ચાળ છે. જો કે, આ ઊંચા ખર્ચને દૂર કરવા માટે કામ છે. ઉદાહરણ તરીકે, બર્લિનની ટેકનિકલ યુનિવર્સિટીમાં તેઓએ એક ફેરો એલોય વિકસાવ્યું છે, જેનું ઉત્પાદન કરવામાં આવે તો ખર્ચમાં ઘણો ઘટાડો થઈ શકે છે.

હાઇડ્રોજન એન્જિનના ગેરફાયદા

• રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં વપરાતા ઉત્પ્રેરક હાઇડ્રોજન ફ્યુઅલ સેલ એન્જિનો મોંઘી સામગ્રીમાંથી બનાવવામાં આવે છે, જેમ કે પ્લેટિનમ. ઓછામાં ઓછું જ્યાં સુધી તેને સસ્તા વિકલ્પ દ્વારા બદલવામાં ન આવે, જેમ કે TU બર્લિનમાં ઉલ્લેખિત વિકલ્પ.
• હાઇડ્રોજન મેળવવા માટે, તે અશ્મિભૂત ઇંધણની થર્મોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા અથવા પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા થવું જોઈએ, જેના માટે ઊર્જા વપરાશની જરૂર છે. હાઇડ્રોજન એન્જિનની મુખ્ય ટીકા, કારણ કે વીજળીનો ઉપયોગ કરવા માટે ઇલેક્ટ્રિક વાહનની બેટરીમાં સીધો સંગ્રહ કરી શકાય છે.
• એકવાર હાઇડ્રોજન પ્રાપ્ત થઈ જાય, સેલ અથવા પ્રેશર ટાંકીમાં દાખલ થવું આવશ્યક છે. આ પ્રક્રિયામાં વધારાના ઊર્જા ખર્ચની પણ જરૂર પડે છે.
• હાઇડ્રોજન બેટરીઓ ઉત્પાદન કરવા માટે ખર્ચાળ હોય છે અને હાઇડ્રોજનનો સંગ્રહ કરવો જરૂરી હોય તેવા ઉચ્ચ દબાણનો સામનો કરવા માટે તે ખૂબ જ ટકાઉ હોવી જોઈએ.

હાઇડ્રોજન એન્જિનના ફાયદા

• હાઇડ્રોજન બેટરી ઇલેક્ટ્રિક વાહનની બેટરી કરતા હળવા હોય છે. તેથી જ ભારે પરિવહનમાં તેનો ઉપયોગ બેટરી ઇલેક્ટ્રિક ટ્રકના વિકલ્પ તરીકે તપાસ કરવામાં આવી રહ્યો છે. મહાન અંતરને આવરી લેવા માટે સક્ષમ થવા માટે, તેઓ ખૂબ જ ભારે છે.
• આજે, ઇલેક્ટ્રિક કારની બેટરી ચાર્જ કરવા કરતાં હાઇડ્રોજન ચાર્જ કરવું વધુ ઝડપી છે.
• બેટરી ઇલેક્ટ્રિક વાહનોથી વિપરીત, હાઇડ્રોજન ફ્યુઅલ સેલ વાહનોને મોટી બેટરીની જરૂર હોતી નથી. તેથી, તેને ઓછી લિથિયમ અથવા અન્ય સામગ્રીની જરૂર છે જે ટૂંકી સપ્લાયમાં હોઈ શકે છે. હાઇડ્રોજન આંતરિક કમ્બશન એન્જિનને સીધી રીતે લિથિયમ બેટરી અથવા અન્ય સમાન બેટરીની જરૂર હોતી નથી.
• ફ્યુઅલ સેલ કારનું આયુષ્ય વધારી શકે છે. બેટરીઓથી વિપરીત, જે તેમના કદ અને ક્ષમતાને કારણે બદલવા માટે ખર્ચાળ છે. હાઇડ્રોજન એન્જિન સાથે સંકળાયેલી બેટરીઓ નાની હોય છે અને તેથી તેને બદલવા માટે ઓછી ખર્ચાળ હોય છે.
• અશ્મિભૂત ઇંધણ એન્જિનની તુલનામાં, હાઇડ્રોજન ઇંધણ સેલ એન્જિન ઇલેક્ટ્રિક મોટરનો ઉપયોગ કરે છે અને તેથી તે ખૂબ જ શાંત હોય છે.

સ્વાયત્તતા

હાઇડ્રોજન એન્જિનનો ગેરલાભ એ છે કે તેમની ટાંકીઓ અથવા બળતણ કોષોમાં ખૂબ ઊંચા દબાણે હાઇડ્રોજન હોવું આવશ્યક છે. આમ, પુરવઠા બિંદુએ 700 બારના દબાણનું પણ પાલન કરવું જોઈએ જેને તે સપોર્ટ કરે છે.

આ માટે આ પ્રકારના વાહનને રિફ્યુઅલ કરવા સક્ષમ થવા માટે સપ્લાય ઈન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર બનાવવાની જરૂર છે. તેણે કહ્યું, તે શુદ્ધ ઇલેક્ટ્રિક વાહનો જેવી જ સમસ્યાઓ ધરાવે છે. જો કે, રિફ્યુઅલિંગ ઓપરેશન આના કરતા ઘણું ઝડપી છે, કારણ કે તે LPG અથવા GLC વાહન જેવું જ છે.

હાલમાં હાઇડ્રોજન ફ્યુઅલ સેલ એન્જિનથી સજ્જ કારની રેન્જ ગેસોલિન જેવી જ છે. દાખ્લા તરીકે, Toyota Mirai એ સંપૂર્ણ બેટરી સાથે 650 km, Hyundai Nexo 756 km અને BMW iX5 હાઇડ્રોજન 700 કિમીની જાહેરાત કરી.

Hopium Machina જેવા અન્ય લોકોએ 1.000 કિમીની રેન્જની જાહેરાત કરી છે, જોકે તે આંકડો હવે જ્યારે થશે ત્યારે તેની પુષ્ટિ કરવી પડશે. કોઈ પણ સંજોગોમાં, સ્વાયત્તતા બેટરી જેટલી મહત્વપૂર્ણ નથી, કારણ કે રિફ્યુઅલિંગ ખૂબ ઝડપી છે. ધ્યાનમાં રાખવાની બાબત એ છે કે ઇંધણ બિંદુઓની સંખ્યા.

તેઓ સલામત છે?

બ્રાન્ડ્સ તેમની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા, ખર્ચ ઘટાડવા અને અલબત્ત, અશ્મિભૂત ઇંધણ પર ચાલતા એન્જિનની જેમ સલામત બનાવવા માટે આ પ્રકારના એન્જિન પર વર્ષોથી કામ કરી રહી છે.

વધુમાં, યુરોપ, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ અને જાપાન દ્વારા જરૂરી સલામતી ધોરણો હાઇડ્રોજન સંચાલિત વાહનોની સલામતીની બાંયધરી છે. કહેવાની જરૂર નથી કે, ટોયોટા તે વાત કરે છે મિરાઈની ગેસ ટાંકી બુલેટપ્રૂફ હોવા માટે પૂરતી અઘરી છે.

શું આપણે એવો દિવસ જોશું જ્યારે બધી કાર હાઇડ્રોજન પર ચાલશે? સમય બધું બતાવશે. તે સ્પષ્ટ છે કે બ્રાન્ડ્સ રોકાણ કરવાનું ચાલુ રાખે છે અને તેના કેટલાક ફાયદા છે જે તેને શૂન્ય ઉત્સર્જન પરિવહન માટે વાજબી વિકલ્પ બનાવે છે.

હું આશા રાખું છું કે આ માહિતી દ્વારા તમે હાઇડ્રોજન એન્જિન કેવી રીતે કાર્ય કરે છે, તેની લાક્ષણિકતાઓ, ફાયદા અને ગેરફાયદા વિશે વધુ જાણી શકશો.