Motori na vodik i dalje su jedna od budućih oklada automobilske industrije. Njegov rad donio mu je niz prednosti, održavajući ga na površini unatoč svojim neuspjesima. U tu svrhu su Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford i drugi brendovi uložili velika sredstva u ovu tehnologiju. Motori koji koriste vodik uključuju motore s unutarnjim izgaranjem i motore za konverziju gorivnih ćelija. Mnogi ljudi ne znaju kako radi vodikov motor te njihove odgovarajuće prednosti i nedostatke.
Iz tog razloga, ovaj ćemo članak posvetiti tome da vam ispričamo kako korak po korak radi vodikov motor, koje su njegove karakteristike i važnost za svijet motora.
Kako radi motor s izgaranjem vodika?
Ovi motori koriste vodik kao benzin. Odnosno, spaljuju ga u komori za izgaranje kako bi stvorili eksploziju (kinetička energija i toplina). Zbog ovog razloga, konvencionalni benzinski motori mogu se prilagoditi za sagorijevanje vodika uz LPG ili CNG.
Rad ovog motora je vrlo sličan onom kod benzinskog motora. Vodik se koristi kao gorivo, a kisik kao oksidans. Kemijska reakcija se pokreće iskrom, a svjećica može proizvesti iskru. Vodik nema atoma ugljika, pa je reakcija da se dvije molekule vodika spoje s jednom molekulom kisika, oslobađajući energiju i vodu.
Rezultat njegove kemijske reakcije je jednostavno vodena para. Međutim, motori s izgaranjem vodika stvaraju određene emisije tijekom svog rada. Na primjer, male količine NOx iz zraka i topline iz komore za izgaranje ili emisije iz sagorijevanja ulja kroz klipne prstenove.
Kako je vodik plin, pohranjuje se u spremniku s tlakom od 700 bara. To je 350 do 280 puta više od normalnog tlaka u automobilskim gumama. (2 do 2,5 bara). Iako postoje i automobili koji pohranjuju vodik u tekućem obliku na vrlo niskim temperaturama, kao što je prikazano u nastavku.
Motori s izgaranjem na vodik nude neke zanimljive prednosti u odnosu na konvencionalne motore s unutarnjim izgaranjem. Na primjer, teoretski mogu koristiti vrlo fine smjese (Lambda blizu 2). Odnosno, mogu koristiti vrlo malo goriva kako bi iskoristili sav dolazni zrak i postali vrlo učinkoviti.
Primjer rada motora s izgaranjem na vodik
Dobar primjer vodikovog motora je BMW 750hl, koji je na tržište došao 2000. Iako je zapravo BMW benzinski motor, on je također sposoban sagorijevati vodik.
Međutim, ima nekoliko nedostataka: prvo, pohranjuje vodik u tekućem obliku. Za to je potreban vrlo skup spremnik izrađen od materijala iz zrakoplovnog sektora kako bi njegova temperatura bila ispod -250ºC. To se može postići samo u roku od 12 do 14 dana, a za to vrijeme vodik postupno isparava i sigurno se ispušta u atmosferu. Drugi nedostatak je što korištenjem vodika gubite puno snage i učinkovitosti. Kasniji BMW Hydrogen 7 iz 2005. djelomično je riješio ove probleme i povećao tlak vodika na 700 bara, a da ga nije održao hladnim.
Još jedan dobar primjer je vodikov motor Aquarius. Motor na fosilna goriva razvijen od strane izraelske tvrtke prikladan za korištenje vodika. Prva funkcionalna verzija predstavljena je 2014. godine i od tada se pojavila revidirana i poboljšana verzija. Prema njegovim programerima, može raditi bez ulja za podmazivanje i ima sustav izmjene plina za smanjenje emisije NOx.
Osim toga, vodikov motor s unutarnjim izgaranjem je lagan i ima malo dijelova, što ga čini jeftinim za proizvodnju. Može se koristiti kao proširivač dosega za električna vozila ili kao generator za mrežu.
Kako radi motor na vodikove gorive ćelije?
Njegovo puno ime je pretvoreni vodikov motor na gorive ćelije. Unatoč riječi "gorivo", oni ne izgaraju vodik. Koriste ga za proizvodnju električne energije obrnutim procesom elektrolize. Zato nose baterije za kemijske reakcije, kao u motoru s izgaranjem vodika, gdje vodik se skladišti u spremnicima s tlakom od 700 bara.
Samo što umjesto dovoda do motora, ide kroz anodu i katodu (kao baterija) do gorivne ćelije. Jednom tamo, vodikov plin (H2) prolazi kroz membranu i razgrađuje je na dva vodikova iona. Vodik i dva slobodna elektrona. Ti elektroni prolaze od anode do katode baterije kroz vanjski krug, stvarajući električnu struju. Proizvedeni vodikovi ioni spajaju se s kisikom iz zraka i tvore vodu.
Iz tog razloga, motor s vodikovim gorivnim ćelijama ima nultu emisiju, budući da ne proizvodi NOx ili plinove koji nastaju pri izgaranju ulja poput motora s unutarnjim izgaranjem. Dijafragme koje se koriste u ovim motorima izrađene su od platine i skupe su. Međutim, ima posla na rješavanju ove visoke cijene. Primjerice, na Tehničkom sveučilištu u Berlinu razvili su feroleguru koja bi, ako se stavi u proizvodnju, mogla uvelike smanjiti troškove.
Nedostaci vodikovih motora
- Katalizatori koji se koriste u kemijskim reakcijama motori na vodikove gorive ćelije izrađeni su od skupih materijala, poput platine. Barem dok je ne zamijeni jeftinija alternativa, poput one spomenute u TU Berlin.
- Za dobivanje vodika to se mora učiniti termokemijskim procesima fosilnih goriva ili elektrolizom vode, što zahtijeva potrošnju energije. Glavna kritika vodikovih motora, jer se električna energija može pohraniti izravno u bateriju električnog vozila za korištenje.
- Nakon što se dobije vodik, mora se uvesti u ćeliju ili spremnik pod tlakom. Ovaj proces također zahtijeva dodatnu potrošnju energije.
- Vodikove baterije su skupe za proizvodnju i moraju biti vrlo izdržljive kako bi izdržale visoke tlakove s kojima se vodik mora skladištiti.
Prednosti vodikovih motora
- Vodikove baterije su lakše od baterija električnih vozila. Zato se istražuje njegova primjena u teškom transportu kao alternativa akumulatorskim električnim kamionima. Da bi mogli prijeći velike udaljenosti, vrlo su teški.
- Danas je punjenje vodikom brže od punjenja baterije električnog automobila.
- Za razliku od električnih vozila na baterije, vozila na vodikove gorive ćelije ne zahtijevaju velike baterije. Stoga zahtijeva manje litija ili drugih materijala koji mogu biti u nedostatku. Vodikovi motori s unutarnjim izgaranjem ne zahtijevaju izravno litijeve baterije ili druge slične baterije.
- Gorivne ćelije mogu produžiti vijek trajanja automobila. Za razliku od baterija koje je zbog svoje veličine i kapaciteta skupa zamjena. Baterije povezane s vodikovim motorima su manje i stoga jeftinije za zamjenu.
- U usporedbi s motorima na fosilna goriva, motori na vodikove gorive ćelije koriste električne motore i stoga su vrlo tihi.
autonomija
Nedostatak vodikovih motora je u tome što njihovi spremnici ili gorive ćelije moraju sadržavati vodik pri vrlo visokim tlakovima. Tako, dovodna točka također mora biti u skladu s tlakom od 700 bara koji podržava.
Za to je potrebna izgradnja opskrbne infrastrukture kako bi se ova vrsta vozila mogla puniti gorivom. Uz to, ima iste probleme kao i čisto električna vozila. Međutim, operacija punjenja goriva je mnogo brža od ovih, budući da je ista kao kod vozila na LPG ili GLC.
Automobili koji su trenutno opremljeni motorima na vodikove gorive ćelije imaju raspon sličan benzinu. Na primjer, Toyota Mirai je najavila 650 km s punom baterijom, Hyundai Nexo 756 km i BMW iX5 Hydrogen 700 km.
Drugi poput Hopium Machine najavili su domet od 1.000 km, iako će ta brojka sada morati biti potvrđena kada se to dogodi. U svakom slučaju, autonomija nije toliko bitna kao baterija, jer je punjenje puno brže. Ono što treba imati na umu je broj bodova za gorivo.
Jesu li na sigurnom?
Robne marke već godinama rade na ovoj vrsti motora kako bi poboljšale njihovu učinkovitost, smanjile troškove i, naravno, učinile ih sigurnima kao i one koji rade na fosilna goriva.
Osim toga, sigurnosni standardi koje zahtijevaju Europa, Sjedinjene Američke Države i Japan jamstvo su sigurnosti vozila na vodik. Nepotrebno je reći da Toyota to reklamira Miraijev spremnik plina dovoljno je čvrst da bude otporan na metke.
Hoćemo li dočekati dan kada će svi automobili raditi na vodik? Vrijeme će sve pokazati. Jasno je da brendovi nastavljaju ulagati i to ima neke prednosti koje ga čine razumnom alternativom transportu s nultom emisijom.
Nadam se da uz ove informacije možete saznati više o tome kako radi vodikov motor, njegovim karakteristikama, prednostima i nedostacima.