Enjin hidrogen terus menjadi salah satu pertaruhan masa depan industri automotif. Operasinya telah memberikannya beberapa kelebihan, mengekalkannya walaupun gagal. Untuk tujuan ini, Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford dan jenama lain telah melabur banyak dalam teknologi ini. Enjin yang menggunakan hidrogen termasuk enjin pembakaran dalaman dan enjin penukaran sel bahan api. Ramai orang tak tahu bagaimana enjin hidrogen berfungsi dan kelebihan dan kekurangan masing-masing.
Atas sebab ini, kami akan mendedikasikan artikel ini untuk memberitahu anda cara enjin hidrogen langkah demi langkah berfungsi, apakah ciri-cirinya dan kepentingannya untuk dunia motor.
Bagaimanakah enjin pembakaran hidrogen berfungsi?
Enjin ini menggunakan hidrogen sebagai petrol. Iaitu, mereka membakarnya dalam kebuk pembakaran untuk mencipta letupan (tenaga kinetik dan haba). Atas sebab ini, enjin petrol konvensional boleh disesuaikan untuk membakar hidrogen sebagai tambahan kepada LPG atau CNG.
Operasi enjin ini hampir sama dengan enjin petrol. Hidrogen digunakan sebagai bahan api dan oksigen sebagai oksidan. Tindak balas kimia dimulakan oleh percikan dan palam pencucuh boleh menghasilkan percikan. Hidrogen tidak mempunyai atom karbon, jadi tindak balasnya ialah dua molekul hidrogen bergabung dengan satu molekul oksigen, membebaskan tenaga dan air.
Hasil tindak balas kimianya hanyalah wap air. Walau bagaimanapun, enjin pembakaran hidrogen menghasilkan beberapa pelepasan semasa operasinya. Contohnya, sejumlah kecil NOx dari udara dan haba dari kebuk pembakaran, atau pelepasan daripada pembakaran minyak melalui gelang omboh.
Oleh kerana hidrogen adalah gas, ia disimpan dalam tangki dengan tekanan 700 bar. Ini adalah 350 hingga 280 kali lebih tinggi daripada tekanan tayar kereta biasa. (2 hingga 2,5 bar). Walaupun terdapat juga kereta yang menyimpan hidrogen dalam bentuk cecair pada suhu yang sangat rendah, seperti yang ditunjukkan di bawah.
Enjin pembakaran hidrogen menawarkan beberapa kelebihan menarik berbanding enjin pembakaran konvensional. Sebagai contoh, mereka secara teori boleh menggunakan campuran yang sangat halus (Lambda hampir 2). Iaitu, mereka boleh menggunakan bahan api yang sangat sedikit untuk menggunakan semua udara yang masuk dan menjadi sangat cekap.
Contoh bagaimana enjin pembakaran hidrogen berfungsi
Contoh yang baik bagi enjin hidrogen ialah BMW 750hl, yang muncul di pasaran pada tahun 2000. Walaupun ia sebenarnya enjin petrol BMW, ia juga mampu membakar hidrogen.
Walau bagaimanapun, ia mempunyai beberapa kelemahan: Pertama, ia menyimpan hidrogen dalam bentuk cecair. Ini memerlukan tangki yang sangat mahal yang diperbuat daripada bahan daripada sektor aeroangkasa untuk mengekalkan suhunya di bawah -250ºC. Ini hanya boleh dicapai dalam masa 12 hingga 14 hari, di mana hidrogen secara beransur-ansur menyejat dan selamat dibebaskan ke atmosfera. Kelemahan kedua ialah dengan menggunakan hidrogen anda kehilangan banyak kuasa dan kecekapan. BMW Hydrogen 7 kemudiannya dari 2005 menyelesaikan sebahagian masalah ini dan meningkatkan tekanan hidrogen kepada 700 bar tanpa memastikan ia sejuk.
Satu lagi contoh yang baik ialah enjin hidrogen Aquarius. Enjin bahan api fosil yang dibangunkan oleh syarikat Israel yang sesuai untuk penggunaan hidrogen. Versi berfungsi pertama telah diperkenalkan pada 2014 dan sejak itu versi yang disemak dan dipertingkat telah muncul. Menurut pemajunya, ia boleh berfungsi tanpa minyak pelincir dan mempunyai sistem pertukaran gas untuk mengurangkan pelepasan NOx.
Selain itu, enjin pembakaran dalaman hidrogen adalah ringan dan mempunyai sedikit bahagian, menjadikannya murah untuk dihasilkan. Ia boleh digunakan sebagai pemanjang jarak untuk kenderaan elektrik atau sebagai penjana untuk rangkaian.
Bagaimanakah enjin sel bahan api hidrogen berfungsi?
Nama penuhnya ialah enjin hidrogen ditukar sel bahan api. Walaupun perkataan "bahan api", mereka tidak membakar hidrogen. Mereka menggunakannya untuk menjana elektrik melalui proses terbalik elektrolisis. Itulah sebabnya mereka membawa bateri untuk tindak balas kimia, seperti dalam enjin pembakaran hidrogen, di mana hidrogen disimpan dalam tangki dengan tekanan 700 bar.
Cuma, daripada menyalurkannya ke motor, ia melalui anod dan katod (seperti bateri) ke sel bahan api. Sesampai di sana, gas hidrogen (H2) melalui membran dan memecahkannya kepada dua ion hidrogen. Hidrogen dan dua elektron bebas. Elektron ini melepasi dari anod ke katod bateri melalui litar luaran, menghasilkan arus elektrik. Ion hidrogen yang dihasilkan bergabung dengan oksigen dari udara untuk membentuk air.
Atas sebab ini, enjin sel bahan api hidrogen adalah sifar pelepasan, kerana ia tidak menghasilkan NOx atau gas yang terhasil semasa membakar minyak seperti enjin pembakaran dalaman. Diafragma yang digunakan dalam enjin ini diperbuat daripada platinum dan mahal. Walau bagaimanapun, terdapat kerja untuk menangani kos yang tinggi ini. Sebagai contoh, di Universiti Teknikal Berlin mereka telah membangunkan ferroalloy yang, jika dimasukkan ke dalam pengeluaran, boleh mengurangkan kos dengan banyak.
Kelemahan enjin hidrogen
- Pemangkin yang digunakan dalam tindak balas kimia enjin sel bahan api hidrogen diperbuat daripada bahan mahal, seperti platinum. Sekurang-kurangnya sehingga ia digantikan dengan alternatif yang lebih murah, seperti yang disebutkan dalam TU Berlin.
- Untuk mendapatkan hidrogen, ia mesti dilakukan melalui proses termokimia bahan api fosil atau dengan elektrolisis air, yang memerlukan penggunaan tenaga. Kritikan utama enjin hidrogen, kerana elektrik boleh disimpan terus dalam bateri kenderaan elektrik untuk digunakan.
- Setelah hidrogen diperoleh, mesti dimasukkan ke dalam sel atau tangki tekanan. Proses ini juga memerlukan perbelanjaan tenaga tambahan.
- Bateri hidrogen adalah mahal untuk dihasilkan dan mesti sangat tahan lama untuk menahan tekanan tinggi yang mana hidrogen mesti disimpan.
Kelebihan enjin hidrogen
- Bateri hidrogen lebih ringan daripada bateri kenderaan elektrik. Itulah sebabnya penggunaannya dalam pengangkutan berat sedang disiasat sebagai alternatif kepada trak elektrik bateri. Untuk dapat menempuh jarak yang jauh, mereka sangat berat.
- Hari ini, mengecas hidrogen adalah lebih pantas daripada mengecas bateri kereta elektrik.
- Tidak seperti kenderaan elektrik bateri, kenderaan sel bahan api hidrogen tidak memerlukan bateri yang besar. Oleh itu, ia memerlukan kurang litium atau bahan lain yang mungkin kekurangan bekalan. Enjin pembakaran dalaman hidrogen tidak secara langsung memerlukan bateri litium atau bateri lain yang serupa.
- Sel bahan api boleh memanjangkan hayat kereta. Tidak seperti bateri, yang mahal untuk diganti kerana saiz dan kapasitinya. Bateri yang dikaitkan dengan enjin hidrogen adalah lebih kecil dan oleh itu lebih murah untuk diganti.
- Berbanding dengan enjin bahan api fosil, enjin sel bahan api hidrogen menggunakan motor elektrik dan oleh itu sangat senyap.
Otonomi
Kelemahan enjin hidrogen ialah tangki atau sel bahan apinya mesti mengandungi hidrogen pada tekanan yang sangat tinggi. Oleh itu, titik bekalan juga mesti mematuhi tekanan 700 bar yang disokongnya.
Ini memerlukan pembinaan infrastruktur bekalan untuk dapat mengisi minyak kenderaan jenis ini. Yang berkata, ia mempunyai isu yang sama seperti kenderaan elektrik tulen. Walau bagaimanapun, operasi mengisi minyak adalah lebih pantas daripada ini, kerana ia adalah sama seperti kenderaan LPG atau GLC.
Kereta yang kini dilengkapi dengan enjin sel bahan api hidrogen mempunyai julat yang serupa dengan petrol. Sebagai contoh, Toyota Mirai mengumumkan 650 km dengan bateri penuh, Hyundai Nexo 756 km dan BMW iX5 Hydrogen 700 km.
Yang lain seperti Hopium Machina telah mengumumkan jarak 1.000 km, walaupun angka itu kini perlu disahkan apabila ia berlaku. Walau apa pun, autonomi tidak sepenting bateri, kerana pengisian bahan api lebih cepat. Perkara yang perlu diingat ialah bilangan titik bahan api.
Mereka selamat?
Jenama telah mengusahakan enjin jenis ini selama bertahun-tahun untuk meningkatkan kecekapan mereka, mengurangkan kos dan, sudah tentu, menjadikannya selamat seperti yang menggunakan bahan api fosil.
Selain itu, piawaian keselamatan yang diperlukan oleh Eropah, Amerika Syarikat dan Jepun adalah jaminan keselamatan kenderaan berkuasa hidrogen. Tidak perlu dikatakan, Toyota memuji itu tangki minyak Mirai cukup kuat untuk kalis peluru.
Adakah kita akan melihat hari apabila semua kereta menggunakan hidrogen? Masa akan menunjukkan segala-galanya. Jelas sekali bahawa jenama terus melabur dan ia mempunyai beberapa kelebihan yang menjadikannya alternatif yang munasabah kepada pengangkutan sifar pelepasan.
Saya berharap dengan maklumat ini anda boleh mengetahui lebih lanjut tentang cara enjin hidrogen berfungsi, ciri, kelebihan dan keburukannya.