हाइड्रोजन इंजन कैसे काम करता है?

हाइड्रोजन इंजन ऑटोमोटिव उद्योग के भविष्य के दांवों में से एक बने हुए हैं। इसके संचालन ने इसे अपनी विफलताओं के बावजूद बचाए रखते हुए कई फायदे दिए हैं। इसके लिए, टोयोटा, बीएमडब्ल्यू, माज़दा, हुंडई, फोर्ड और अन्य ब्रांडों ने इस तकनीक में भारी निवेश किया है। हाइड्रोजन का उपयोग करने वाले इंजनों में आंतरिक दहन इंजन और ईंधन सेल रूपांतरण इंजन शामिल हैं। बहुत से लोग नहीं जानते हाइड्रोजन इंजन कैसे काम करता है और उनके संबंधित फायदे और नुकसान।

इस कारण से, हम इस लेख को आपको यह बताने के लिए समर्पित करने जा रहे हैं कि चरण-दर-चरण हाइड्रोजन इंजन कैसे काम करता है, इसकी विशेषताएं क्या हैं और मोटर दुनिया के लिए इसका महत्व क्या है।

हाइड्रोजन दहन इंजन कैसे काम करता है?

ये इंजन गैसोलीन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करते हैं। यही है, वे इसे एक विस्फोट (गतिज ऊर्जा और गर्मी) बनाने के लिए एक दहन कक्ष में जलाते हैं। इस कारण से, पारंपरिक गैसोलीन इंजनों को एलपीजी या सीएनजी के अलावा हाइड्रोजन जलाने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।

इस इंजन का संचालन गैसोलीन इंजन के समान ही है। हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन के रूप में और ऑक्सीजन को ऑक्सीडेंट के रूप में किया जाता है। रासायनिक प्रतिक्रिया एक चिंगारी से शुरू होती है और एक स्पार्क प्लग एक चिंगारी पैदा कर सकता है। हाइड्रोजन में कार्बन परमाणु नहीं होते हैं, तो प्रतिक्रिया यह है कि दो हाइड्रोजन अणु एक ऑक्सीजन अणु के साथ मिलकर ऊर्जा और पानी छोड़ते हैं।

इसकी रासायनिक प्रतिक्रिया का परिणाम केवल जल वाष्प है। हालांकि, हाइड्रोजन दहन इंजन अपने संचालन के दौरान कुछ उत्सर्जन उत्पन्न करते हैं। उदाहरण के लिए, हवा से NOx की थोड़ी मात्रा और दहन कक्ष से गर्मी, या पिस्टन के छल्ले के माध्यम से कुछ तेल जलाने से उत्सर्जन।

चूंकि हाइड्रोजन एक गैस है, इसे 700 बार के दबाव के साथ एक टैंक में जमा किया जाता है। यह सामान्य कार के टायर के दबाव से 350 से 280 गुना अधिक है। (2 से 2,5 बार)। हालांकि ऐसी कारें भी हैं जो बहुत कम तापमान पर हाइड्रोजन को तरल रूप में संग्रहित करती हैं, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

हाइड्रोजन दहन इंजन पारंपरिक दहन इंजनों की तुलना में कुछ दिलचस्प लाभ प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, वे सैद्धांतिक रूप से बहुत महीन मिश्रण (2 के करीब लैम्ब्डा) का उपयोग कर सकते हैं। यानी वे आने वाली सभी हवा का उपयोग करने के लिए बहुत कम ईंधन का उपयोग कर सकते हैं और बहुत कुशल बन सकते हैं।

हाइड्रोजन दहन इंजन कैसे काम करता है इसका उदाहरण

हाइड्रोजन इंजन का एक अच्छा उदाहरण बीएमडब्ल्यू 750hl है, जो 2000 में बाजार में आया था। हालांकि यह वास्तव में एक बीएमडब्ल्यू पेट्रोल इंजन है, यह हाइड्रोजन को जलाने में भी सक्षम है।

हालाँकि, इसमें कई कमियाँ हैं: पहला, यह हाइड्रोजन को तरल रूप में संग्रहीत करता है। इसके लिए सामग्री से बने एक बहुत महंगे टैंक की आवश्यकता होती है अपना तापमान -250ºC . से नीचे रखने के लिए एयरोस्पेस क्षेत्र. यह केवल 12 से 14 दिनों के भीतर प्राप्त किया जा सकता है, इस दौरान हाइड्रोजन धीरे-धीरे वाष्पित हो जाता है और सुरक्षित रूप से वातावरण में छोड़ दिया जाता है। दूसरा नुकसान यह है कि हाइड्रोजन का उपयोग करने से आप बहुत अधिक शक्ति और दक्षता खो देते हैं। 7 से बाद में बीएमडब्ल्यू हाइड्रोजन 2005 ने इन समस्याओं को आंशिक रूप से हल किया और बिना इसे ठंडा रखे हाइड्रोजन के दबाव को 700 बार तक बढ़ा दिया।

एक और अच्छा उदाहरण कुंभ हाइड्रोजन इंजन है। हाइड्रोजन के उपयोग के लिए उपयुक्त एक इजरायली कंपनी द्वारा विकसित एक जीवाश्म ईंधन इंजन। पहला कार्यात्मक संस्करण 2014 में पेश किया गया था और तब से एक संशोधित और बेहतर संस्करण सामने आया है। इसके डेवलपर्स के अनुसार, यह बिना चिकनाई वाले तेल के काम कर सकता है और है NOx उत्सर्जन को कम करने के लिए एक गैस विनिमय प्रणाली।

इसके अलावा, हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन हल्का होता है और इसमें कुछ हिस्से होते हैं, जिससे इसका उत्पादन सस्ता हो जाता है। इसका उपयोग इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए रेंज एक्सटेंडर के रूप में या नेटवर्क के लिए जनरेटर के रूप में किया जा सकता है।

हाइड्रोजन ईंधन सेल इंजन कैसे काम करता है?

इसका पूरा नाम एक ईंधन सेल परिवर्तित हाइड्रोजन इंजन है। "ईंधन" शब्द के बावजूद, वे हाइड्रोजन नहीं जलाते हैं। वे इसका उपयोग इलेक्ट्रोलिसिस की रिवर्स प्रक्रिया के माध्यम से बिजली उत्पन्न करने के लिए करते हैं। इसलिए वे रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए बैटरी ले जाते हैं, जैसे हाइड्रोजन दहन इंजन में, जहां हाइड्रोजन को 700 बार . के दबाव वाले टैंकों में संग्रहित किया जाता है.

यह सिर्फ इतना है कि इसे मोटर को खिलाने के बजाय, यह एनोड और कैथोड (बैटरी की तरह) से ईंधन सेल तक जाता है। एक बार वहां, हाइड्रोजन गैस (H2) झिल्ली से होकर गुजरती है और इसे दो हाइड्रोजन आयनों में तोड़ देती है। हाइड्रोजन और दो मुक्त इलेक्ट्रॉन। ये इलेक्ट्रॉन बाहरी सर्किट के माध्यम से एनोड से बैटरी के कैथोड तक जाते हैं, जिससे विद्युत प्रवाह होता है। उत्पादित हाइड्रोजन आयन हवा से ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाते हैं।

इस कारण से, हाइड्रोजन ईंधन सेल इंजन शून्य उत्सर्जन है, चूंकि यह एनओएक्स या गैसों का उत्पादन नहीं करता है जो आंतरिक दहन इंजन की तरह तेल जलाने पर उत्पन्न होते हैं। इन इंजनों में इस्तेमाल होने वाले डायफ्राम प्लेटिनम से बने होते हैं और महंगे होते हैं। हालांकि, इस उच्च लागत को संबोधित करने के लिए काम किया जा रहा है। उदाहरण के लिए, बर्लिन के तकनीकी विश्वविद्यालय में उन्होंने एक लौह मिश्र धातु विकसित की है, जिसे अगर उत्पादन में लगाया जाए, तो लागत में काफी कमी आ सकती है।

हाइड्रोजन इंजन के नुकसान

• रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्रयुक्त उत्प्रेरक हाइड्रोजन ईंधन सेल इंजन प्लैटिनम जैसी महंगी सामग्री से बने होते हैं। कम से कम जब तक इसे टीयू बर्लिन में उल्लिखित एक सस्ता विकल्प द्वारा प्रतिस्थापित नहीं किया जाता है।
• हाइड्रोजन प्राप्त करने के लिए, इसे जीवाश्म ईंधन की थर्मोकेमिकल प्रक्रियाओं या पानी के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा किया जाना चाहिए, जिसके लिए ऊर्जा की खपत की आवश्यकता होती है। हाइड्रोजन इंजन की मुख्य आलोचना, क्योंकि बिजली को सीधे उपयोग के लिए इलेक्ट्रिक वाहन की बैटरी में संग्रहित किया जा सकता है।
• एक बार हाइड्रोजन प्राप्त हो जाने पर, एक सेल या दबाव टैंक में पेश किया जाना चाहिए। इस प्रक्रिया में अतिरिक्त ऊर्जा व्यय की भी आवश्यकता होती है।
• हाइड्रोजन बैटरी का उत्पादन महंगा है और उच्च दबावों का सामना करने के लिए बहुत टिकाऊ होना चाहिए जिसके साथ हाइड्रोजन को संग्रहित किया जाना चाहिए।

हाइड्रोजन इंजन के लाभ

• हाइड्रोजन बैटरी इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी की तुलना में हल्की होती है। इसलिए बैटरी इलेक्ट्रिक ट्रकों के विकल्प के रूप में भारी परिवहन में इसके उपयोग की जांच की जा रही है। बड़ी दूरी तय करने में सक्षम होने के लिए, वे बहुत भारी हैं।
• आज, इलेक्ट्रिक कार की बैटरी चार्ज करने की तुलना में हाइड्रोजन चार्ज करना तेज़ है।
• बैटरी इलेक्ट्रिक वाहनों के विपरीत, हाइड्रोजन ईंधन सेल वाहनों को बड़ी बैटरी की आवश्यकता नहीं होती है। इसलिए, इसे कम लिथियम या अन्य सामग्रियों की आवश्यकता होती है जो कम आपूर्ति में हो सकती हैं। हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजनों को सीधे लिथियम बैटरी या अन्य समान बैटरी की आवश्यकता नहीं होती है।
• ईंधन सेल कार के जीवन को बढ़ा सकते हैं। बैटरियों के विपरीत, जिन्हें उनके आकार और क्षमता के कारण बदलना महंगा होता है। हाइड्रोजन इंजन से जुड़ी बैटरियां छोटी होती हैं और इसलिए इन्हें बदलना कम खर्चीला होता है।
• जीवाश्म ईंधन इंजन की तुलना में, हाइड्रोजन ईंधन सेल इंजन इलेक्ट्रिक मोटर्स का उपयोग करते हैं और इसलिए बहुत शांत होते हैं।

स्वायत्तता

हाइड्रोजन इंजन का नुकसान यह है कि उनके टैंक या ईंधन कोशिकाओं में बहुत अधिक दबाव में हाइड्रोजन होना चाहिए। इस प्रकार, आपूर्ति बिंदु को 700 बार के दबाव का भी पालन करना चाहिए जो इसका समर्थन करता है.

इस प्रकार के वाहन को ईंधन भरने में सक्षम होने के लिए आपूर्ति बुनियादी ढांचे के निर्माण की आवश्यकता है। उस ने कहा, इसमें शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहनों के समान मुद्दे हैं। हालांकि, ईंधन भरने का कार्य इनसे बहुत तेज है, क्योंकि यह एलपीजी या जीएलसी वाहन के समान है।

वर्तमान में हाइड्रोजन फ्यूल सेल इंजन से लैस कारों की रेंज गैसोलीन के समान होती है। उदाहरण के लिए, टोयोटा मिराई ने पूरी बैटरी के साथ 650 किमी, हुंडई नेक्सो 756 किमी और बीएमडब्ल्यू iX5 हाइड्रोजन 700 किमी की घोषणा की।

होपियम माकिना जैसे अन्य लोगों ने 1.000 किमी की सीमा की घोषणा की है, हालांकि ऐसा होने पर अब उस आंकड़े की पुष्टि करनी होगी। किसी भी मामले में, स्वायत्तता बैटरी जितनी महत्वपूर्ण नहीं है, क्योंकि ईंधन भरना बहुत तेज है। ध्यान रखने वाली बात ईंधन बिंदुओं की संख्या है।

वे सुरक्षित हैं?

ब्रांड इस प्रकार के इंजन पर वर्षों से काम कर रहे हैं ताकि उनकी दक्षता में सुधार हो, लागत कम हो और निश्चित रूप से, उन्हें उतना ही सुरक्षित बनाया जा सके जितना कि जीवाश्म ईंधन पर चलते हैं।

इसके अलावा, यूरोप, संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान के लिए आवश्यक सुरक्षा मानक हाइड्रोजन से चलने वाले वाहनों की सुरक्षा की गारंटी हैं। कहने की जरूरत नहीं है कि टोयोटा ने कहा है कि मिराई का गैस टैंक बुलेटप्रूफ होने के लिए काफी सख्त है।

क्या हम एक दिन देखेंगे जब सभी कारें हाइड्रोजन पर चलती हैं? समय सब कुछ दिखाएगा। यह स्पष्ट है कि ब्रांड निवेश करना जारी रखते हैं और इसके कुछ फायदे हैं जो इसे शून्य उत्सर्जन परिवहन के लिए एक उचित विकल्प बनाते हैं।

मुझे उम्मीद है कि इस जानकारी से आप हाइड्रोजन इंजन कैसे काम करता है, इसकी विशेषताओं, फायदे और नुकसान के बारे में और जान सकते हैं।