A hidrogénmotorok továbbra is az autóipar jövőbeli tétjei közé tartoznak. Működése egy sor előnnyel járt, a kudarcok ellenére is talpon tartja. Ennek érdekében a Toyota, a BMW, a Mazda, a Hyundai, a Ford és más márkák jelentős összegeket fektettek be ebbe a technológiába. A hidrogént használó motorok közé tartoznak a belső égésű motorok és az üzemanyagcellás átalakító motorok. Sokan nem tudják hogyan működik a hidrogénmotor valamint azok előnyei és hátrányai.
Emiatt ezt a cikket annak szenteljük, hogy elmeséljük, hogyan működik egy lépésről lépésre egy hidrogénmotor, mik a jellemzői, és milyen fontosak a motorvilág számára.
Hogyan működik a hidrogén égésű motor?
Ezek a motorok hidrogént használnak benzinként. Vagyis egy égéskamrában égetik el, hogy robbanást hozzanak létre (kinetikus energia és hő). Emiatt, A hagyományos benzinmotorok az LPG vagy CNG mellett hidrogén égetésére is alkalmasak.
Ennek a motornak a működése nagyon hasonlít a benzinmotorokéhoz. A hidrogént üzemanyagként, az oxigént pedig oxidálószerként használják. A kémiai reakciót egy szikra indítja el, és egy gyújtógyertya is képes szikrát kelteni. A hidrogénnek nincs szénatomja, így a reakció az, hogy két hidrogénmolekula egyesül egy oxigénmolekulával, energia és víz szabadul fel.
Kémiai reakciójának eredménye egyszerűen vízgőz. A hidrogénégésű motorok azonban működésük során termelnek némi károsanyag-kibocsátást. Például kis mennyiségű NOx a levegőből és az égéskamrából származó hő, vagy a dugattyúgyűrűkön keresztül égető olaj.
Mivel a hidrogén gáz, 700 bar nyomású tartályban tárolják. Ez 350-280-szor magasabb, mint a normál autógumi nyomás. (2-2,5 bar). Bár vannak olyan autók is, amelyek folyékony formában, nagyon alacsony hőmérsékleten tárolják a hidrogént, ahogy az alább látható.
A hidrogénégésű motorok érdekes előnyöket kínálnak a hagyományos belsőégésű motorokkal szemben. Például elméletileg nagyon finom keverékeket használhatnak (2-hez közeli lambda). Vagyis nagyon kevés üzemanyagot tudnak felhasználni az összes bejövő levegő felhasználására, és nagyon hatékonyak lesznek.
Példa a hidrogén égésű motor működésére
A hidrogénmotorra jó példa a BMW 750hl, amely 2000-ben került a piacra. Bár valójában BMW benzinmotorról van szó, hidrogén égetésére is képes.
Ennek azonban számos hátránya van: Először is folyékony formában tárolja a hidrogént. Ehhez egy nagyon drága tartályra van szükség, amely a az űrhajózási szektorban, hogy hőmérsékletét -250 ºC alatt tartsa. Ez csak 12-14 napon belül érhető el, ezalatt a hidrogén fokozatosan elpárolog és biztonságosan kikerül a légkörbe. A második hátrány az, hogy a hidrogén használatával nagy teljesítményt és hatékonyságot veszít. A későbbi, 7-ös BMW Hydrogen 2005 részben megoldotta ezeket a problémákat, és 700 bar-ra növelte a hidrogénnyomást anélkül, hogy hidegen tartotta volna.
Egy másik jó példa az Aquarius hidrogénmotor. Egy izraeli cég által kifejlesztett fosszilis tüzelésű motor, amely alkalmas hidrogén használatára. Az első funkcionális verziót 2014-ben mutatták be, és azóta egy átdolgozott és továbbfejlesztett változat is megjelent. Fejlesztői szerint kenőolaj nélkül is működik, és van gázcserélő rendszer az NOx-kibocsátás csökkentésére.
Ráadásul a hidrogénes belsőégésű motor könnyű és kevés alkatrészből áll, így olcsó az előállítása. Használható elektromos járművek hatótávolságának növelésére vagy hálózat generátoraként.
Hogyan működik a hidrogén üzemanyagcellás motor?
A teljes neve üzemanyagcellás hidrogénmotor. Az „üzemanyag” szó ellenére nem égetnek hidrogént. Elektromos áram előállítására használják az elektrolízis fordított folyamata révén. Ezért hordnak akkumulátorokat a kémiai reakciókhoz, mint egy hidrogén égésű motorban, ahol A hidrogént 700 bar nyomású tartályokban tárolják.
Csupán arról van szó, hogy ahelyett, hogy a motorhoz táplálná, az anódon és a katódon keresztül (mint egy akkumulátor) az üzemanyagcellához megy. Ott a hidrogéngáz (H2) áthalad a membránon, és két hidrogénionra bontja azt. Hidrogén és két szabad elektron. Ezek az elektronok az anódról az akkumulátor katódjára jutnak egy külső áramkörön keresztül, elektromos áramot hozva létre. A keletkező hidrogénionok a levegő oxigénjével egyesülve vizet képeznek.
Emiatt a hidrogén üzemanyagcellás motor nulla károsanyag-kibocsátású, mivel nem termel NOx-ot vagy az olaj elégetésekor keletkező gázokat, mint egy belső égésű motor. Az ezekben a motorokban használt membránok platinából készülnek, és drágák. Van azonban munka ennek a magas költségnek a kezelésére. A Berlini Műszaki Egyetemen például kifejlesztettek egy vasötvözetet, amely gyártásba helyezése nagymértékben csökkentheti a költségeket.
A hidrogénmotorok hátrányai
- Kémiai reakciókban használt katalizátorok A hidrogén üzemanyagcellás motorok többsége drága anyagokból, például platinából készül. Legalábbis addig, amíg le nem váltják egy olcsóbb alternatívával, mint amilyen a TU Berlinben is szerepel.
- A hidrogén előállításához fosszilis tüzelőanyagok termokémiai folyamataival vagy víz elektrolízisével kell történnie, ami energiafogyasztást igényel. A fő kritika a hidrogénmotorokkal szemben, mivel az elektromosság közvetlenül az elektromos jármű akkumulátorában tárolható.
- Miután megkaptuk a hidrogént, cellába vagy nyomástartó tartályba kell vezetni. Ez a folyamat további energiaráfordítást is igényel.
- A hidrogénakkumulátorok gyártása költséges, és nagyon tartósnak kell lenniük ahhoz, hogy ellenálljanak a hidrogén tárolására szolgáló nagy nyomásnak.
A hidrogénmotorok előnyei
- A hidrogén akkumulátorok könnyebbek, mint az elektromos járművek akkumulátorai. Ezért vizsgálják a nehézszállításban való alkalmazását az akkumulátoros elektromos teherautók alternatívájaként. Ahhoz, hogy nagy távolságokat lehessen megtenni, nagyon nehezek.
- Ma a hidrogén töltése gyorsabb, mint egy elektromos autó akkumulátorának töltése.
- Az akkumulátoros elektromos járművekkel ellentétben a hidrogénüzemanyagcellás járművekhez nincs szükség nagy akkumulátorokra. Ezért kevesebb lítiumra vagy más olyan anyagokra van szükség, amelyek hiányosak lehetnek. A hidrogén belső égésű motorokhoz közvetlenül nincs szükség lítium akkumulátorokra vagy más hasonló akkumulátorokra.
- Az üzemanyagcellák meghosszabbíthatják az autó élettartamát. Ellentétben az akkumulátorokkal, amelyek cseréje méretük és kapacitásuk miatt költséges. A hidrogénmotorokhoz tartozó akkumulátorok kisebbek, ezért cseréjük olcsóbb.
- A fosszilis tüzelésű motorokhoz képest a hidrogén üzemanyagcellás motorok elektromos motorokat használnak, ezért nagyon csendesek.
autonómia
A hidrogénmotorok hátránya, hogy tartályaik vagy üzemanyagcelláik nagyon nagy nyomású hidrogént kell tartalmazniuk. És így, a betáplálási pontnak meg kell felelnie az általa elviselt 700 bar nyomásnak is.
Ehhez egy ellátó infrastruktúra kiépítése szükséges, hogy az ilyen típusú járműveket tankolni lehessen. Ennek ellenére ugyanazok a problémák, mint a tisztán elektromos járművek. A tankolás azonban sokkal gyorsabb ezeknél, mivel megegyezik egy LPG vagy GLC járművel.
A jelenleg hidrogén üzemanyagcellás motorral felszerelt autók hatótávolsága hasonló a benzineshez. Például, a Toyota Mirai 650 km-t jelentett be tele akkumulátorral, a Hyundai Nexo 756 km-t, a BMW iX5 Hydrogen pedig 700 km-t.
Mások, például a Hopium Machina 1.000 km-es hatótávot jelentettek be, bár ezt a számot most meg kell erősíteni, amikor ez megtörténik. Mindenesetre az autonómia nem olyan fontos, mint az akkumulátor, mert a tankolás sokkal gyorsabb. A dolog, amit szem előtt kell tartani, az üzemanyagpontok száma.
Biztonságban vannak?
A márkák évek óta dolgoznak az ilyen típusú motorokon, hogy javítsák hatékonyságukat, csökkentsék a költségeket, és természetesen ugyanolyan biztonságossá tegyék őket, mint a fosszilis tüzelőanyaggal működő motorokat.
Emellett az Európa, az Egyesült Államok és Japán által megkövetelt biztonsági szabványok a garanciát jelentik a hidrogénüzemű járművek biztonságára. Mondanom sem kell, a Toyota ezt hangoztatja a Mirai benzintartálya elég kemény ahhoz, hogy golyóálló legyen.
Látunk-e olyan napot, amikor minden autó hidrogénnel működik? Az idő mindent megmutat. Nyilvánvaló, hogy a márkák továbbra is befektetnek, és van néhány olyan előnye, amely ésszerű alternatívává teszi a nulla kibocsátású szállítással szemben.
Remélem, hogy ezekkel az információkkal többet megtudhat a hidrogénmotor működéséről, jellemzőiről, előnyeiről és hátrányairól.