수소 엔진은 어떻게 작동합니까?

수소 엔진

수소 엔진은 자동차 산업의 미래 전략 중 하나입니다. 그 작동은 일련의 이점을 제공하여 실패에도 불구하고 물 위에 떠 있게 합니다. 이를 위해 Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford 및 기타 브랜드가 이 기술에 막대한 투자를 했습니다. 수소를 사용하는 엔진에는 내연 기관과 연료 전지 변환 엔진이 있습니다. 많은 사람들이 모른다 수소 엔진은 어떻게 작동합니까 그리고 각각의 장점과 단점.

이러한 이유로 우리는 이 기사를 단계별 수소 엔진이 어떻게 작동하는지, 그 특성이 무엇이며 모터 세계에 대한 중요성을 설명하는 데 전념할 것입니다.

수소 연소 엔진은 어떻게 작동합니까?

하이브리드 차량

이 엔진은 수소를 가솔린으로 사용합니다. 즉, 연소실에서 연소시켜 폭발(운동 에너지 및 열)을 발생시킵니다. 이러한 이유로, 기존의 가솔린 ​​엔진은 LPG 또는 CNG 외에 수소를 연소하도록 조정할 수 있습니다.

이 엔진의 작동은 가솔린 엔진의 작동과 매우 유사합니다. 수소는 연료로, 산소는 산화제로 사용된다. 화학 반응은 스파크에 의해 시작되고 스파크 플러그는 스파크를 생성할 수 있습니다. 수소는 탄소 원자가 없고, 그래서 반응은 두 개의 수소 분자가 하나의 산소 분자와 결합하여 에너지와 물을 방출한다는 것입니다.

화학 반응의 결과는 단순히 수증기입니다. 그러나 수소 연소 엔진은 작동 중에 약간의 배기 가스를 생성합니다. 예를 들어, 공기에서 나오는 소량의 NOx와 연소실에서 나오는 열, 또는 피스톤 링을 통해 약간의 기름을 태울 때 나오는 배출물입니다.

수소는 기체이기 때문에 700bar 압력의 탱크에 저장됩니다. 이는 일반 자동차 타이어 공기압보다 350~280배 높다. (2 ~ 2,5바). 아래와 같이 매우 낮은 온도에서 액체 형태로 수소를 저장하는 자동차도 있지만.

수소 연소 엔진은 기존 연소 엔진에 비해 몇 가지 흥미로운 이점을 제공합니다. 예를 들어, 이론적으로 매우 미세한 혼합물을 사용할 수 있습니다(Lambda 2에 가까움). 즉, 들어오는 모든 공기를 사용하고 매우 효율적이 되는 데 매우 적은 연료를 사용할 수 있습니다.

수소 연소 엔진 작동 방식의 예

수소 엔진의 좋은 예는 750년에 출시된 BMW 2000hl입니다. 실제로는 BMW 가솔린 엔진이지만 수소를 태울 수도 있습니다.

그러나 몇 가지 단점이 있습니다. 첫째, 수소를 액체 형태로 저장합니다. 이것은 다음 재료로 만든 매우 비싼 탱크가 필요합니다. -250ºC 미만의 온도를 유지하기 위해 항공 우주 부문. 이것은 12일에서 14일 이내에만 달성할 수 있으며 이 기간 동안 수소는 점차적으로 증발하여 안전하게 대기 중으로 방출됩니다. 두 번째 단점은 수소를 사용하면 많은 전력과 효율성을 잃게 된다는 것입니다. 7년 이후 나온 BMW Hydrogen 2005은 이러한 문제를 부분적으로 해결하여 수소 압력을 차갑게 유지하지 않고 700bar까지 높였습니다.

또 다른 좋은 예는 물병자리 수소 엔진입니다. 수소 사용에 적합한 이스라엘 회사에서 개발한 화석 연료 엔진. 첫 번째 기능 버전은 2014년에 도입되었으며 이후 수정 및 개선된 버전이 등장했습니다. 개발자에 따르면 윤활유 없이 작동할 수 있으며 NOx 배출을 줄이기 위한 가스 교환 시스템.

또한 수소 내연기관은 가볍고 부품이 적어 생산비가 저렴하다. 전기 자동차의 범위 확장기 또는 네트워크용 발전기로 사용할 수 있습니다.

수소 연료 전지 엔진은 어떻게 작동합니까?

수소 엔진

정식 명칭은 연료 전지 변환 수소 엔진입니다. "연료"라는 단어에도 불구하고 수소를 태우지 않습니다. 그들은 전기 분해의 역 과정을 통해 전기를 생성하는 데 사용합니다. 그것이 수소 연소 엔진과 같은 화학 반응용 배터리를 휴대하는 이유입니다. 수소는 700bar의 압력으로 탱크에 저장됩니다..

모터에 공급하는 대신 양극과 음극(배터리와 같이)을 통해 연료 전지로 전달됩니다. 일단 거기에 도달하면 수소 가스(H2)가 막을 통과하여 두 개의 수소 이온으로 분해됩니다. 수소와 두 개의 자유 전자. 이 전자는 외부 회로를 통해 배터리의 양극에서 음극으로 전달되어 전류를 생성합니다. 생성된 수소 이온은 공기 중의 산소와 결합하여 물을 형성합니다.

이 때문에 수소연료전지 엔진은 배기가스 제로, 내연기관과 같이 기름을 태울 때 발생하는 NOx나 가스를 발생시키지 않기 때문입니다. 이러한 엔진에 사용되는 다이어프램은 백금으로 만들어지며 고가입니다. 그러나 이 높은 비용을 해결하기 위한 작업이 있습니다. 예를 들어, 베를린 공과 대학에서 그들은 생산에 투입될 경우 비용을 크게 줄일 수 있는 합금철을 개발했습니다.

수소 엔진의 단점

수소 엔진은 어떻게 작동합니까

  • 화학 반응에 사용되는 촉매 수소 연료 전지 엔진의 대부분은 백금과 같은 값비싼 재료로 만들어집니다. 적어도 베를린 공과대학에서 언급한 것과 같은 더 저렴한 대안으로 대체되기 전까지는 말입니다.
  • 수소를 얻으려면 화석 연료의 열화학적 공정이나 물의 전기분해를 통해 얻어야 하며, 이는 에너지 소비를 필요로 합니다. 수소 엔진에 대한 주요 비판은 전기를 사용하기 위해 전기 자동차의 배터리에 직접 저장할 수 있기 때문입니다.
  • 수소를 얻으면, 셀 또는 압력 탱크에 주입해야 합니다. 이 과정은 또한 추가적인 에너지 소비를 필요로 합니다.
  • 수소 배터리는 생산 비용이 비싸고 수소를 저장해야 하는 고압을 견딜 수 있는 내구성이 있어야 합니다.

수소 엔진의 장점

  • 수소 배터리는 전기차 배터리보다 가볍다. 그렇기 때문에 배터리 전기 트럭의 대안으로 중량물 운송에서의 사용이 검토되고 있습니다. 먼 거리를 커버할 수 있으려면 매우 무겁습니다.
  • 오늘날 수소 충전은 전기차 배터리를 충전하는 것보다 빠릅니다.
  • 수소연료전지차는 배터리 전기차와 달리 대용량 배터리를 필요로 하지 않는다. 따라서 공급이 부족할 수 있는 리튬 또는 기타 재료가 덜 필요합니다. 수소 내연 기관에는 리튬 배터리 또는 기타 유사한 배터리가 직접 필요하지 않습니다.
  • 연료 전지는 자동차의 수명을 연장할 수 있습니다. 크기와 용량 때문에 교체 비용이 많이 드는 배터리와 달리. 수소 엔진과 관련된 배터리는 크기가 작아 교체 비용이 저렴합니다.
  • 화석 연료 엔진에 비해 수소 연료 전지 엔진은 전기 모터를 사용하므로 매우 조용합니다.

자율성

수소 연료 엔진은 어떻게 작동합니까

수소 엔진의 단점은 탱크나 연료 전지에 매우 높은 압력의 수소가 들어 있어야 한다는 것입니다. 따라서, 공급 지점은 또한 지원하는 700바의 압력을 준수해야 합니다..

이를 위해서는 이러한 유형의 차량에 연료를 보급할 수 있는 공급 인프라를 구축해야 합니다. 즉, 순수 전기 자동차와 동일한 문제가 있습니다. 하지만 LPG나 GLC 차량과 동일하기 때문에 연료 보급 작업이 훨씬 빠릅니다.

현재 수소 연료 전지 엔진이 장착된 자동차는 가솔린과 유사한 범위를 가지고 있습니다. 예를 들어, 토요타 미라이는 완전 배터리로 650km, 현대 Nexo 756km 및 BMW iX5 Hydrogen 700km를 발표했습니다.

Hopium Machina와 같은 다른 회사는 1.000km의 범위를 발표했지만 그 수치는 이제 확인되어야 합니다. 어쨌든 연료 보급이 훨씬 빠르기 때문에 자율성은 배터리만큼 중요하지 않습니다. 명심해야 할 것은 연료 포인트의 수입니다.

안전한가요?

브랜드는 효율성을 개선하고 비용을 줄이며 화석 연료를 사용하는 엔진만큼 안전하게 만들기 위해 수년 동안 이러한 유형의 엔진에 대해 작업해 왔습니다.

또한 유럽, 미국, 일본이 요구하는 안전기준은 수소차의 안전성을 보증하는 것이다. 말할 필요도 없이 도요타는 미라이의 가스탱크는 방탄이 될 만큼 튼튼합니다.

모든 자동차가 수소로 달리는 날이 올까요? 시간이 모든 것을 보여줄 것입니다. 브랜드가 계속 투자하고 있다는 것은 분명하며 탄소 배출 제로 운송에 대한 합리적인 대안이 되는 몇 가지 이점이 있습니다.

이 정보를 통해 수소 엔진의 작동 원리, 특성, 장점 및 단점에 대해 자세히 알아볼 수 있기를 바랍니다.


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