Hoe werkt een waterstofmotor?

waterstof motor

Waterstofmotoren blijven een van de toekomstige weddenschappen van de auto-industrie. De werking ervan heeft het een reeks voordelen opgeleverd, waardoor het ondanks zijn mislukkingen overeind blijft. Daartoe hebben Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford en andere merken fors geïnvesteerd in deze technologie. Waterstofverbruikende motoren omvatten verbrandingsmotoren en brandstofcelconversiemotoren. Veel mensen weten het niet hoe werkt een waterstofmotor? en hun respectievelijke voor- en nadelen.

Om deze reden gaan we dit artikel wijden aan het vertellen hoe een stap-voor-stap waterstofmotor werkt, wat de kenmerken zijn en het belang ervan voor de motorwereld.

Hoe werkt een waterstofverbrandingsmotor?

hybride voertuigen

Deze motoren gebruiken waterstof als benzine. Dat wil zeggen, ze verbranden het in een verbrandingskamer om een ​​explosie te creëren (kinetische energie en warmte). Om deze reden, conventionele benzinemotoren kunnen worden aangepast om naast LPG of CNG ook waterstof te verbranden.

De werking van deze motor lijkt sterk op die van een benzinemotor. Waterstof wordt gebruikt als brandstof en zuurstof als oxidatiemiddel. De chemische reactie wordt in gang gezet door een vonk en een bougie kan een vonk produceren. Waterstof heeft geen koolstofatomen, dus de reactie is dat twee waterstofmoleculen worden gecombineerd met één zuurstofmolecuul, waarbij energie en water vrijkomen.

Het resultaat van zijn chemische reactie is gewoon waterdamp. Waterstofverbrandingsmotoren genereren echter wel enige uitstoot tijdens hun werking. Bijvoorbeeld kleine hoeveelheden NOx uit de lucht en warmte uit de verbrandingskamer, of emissies van het verbranden van wat olie door de zuigerveren.

Omdat waterstof een gas is, wordt het opgeslagen in een tank met een druk van 700 bar. Dit is 350 tot 280 keer hoger dan de normale bandenspanning van een auto. (2 tot 2,5 bar). Al zijn er ook auto's die waterstof in vloeibare vorm bij zeer lage temperaturen opslaan, zoals hieronder te zien is.

Waterstofverbrandingsmotoren bieden enkele interessante voordelen ten opzichte van conventionele verbrandingsmotoren. Ze kunnen bijvoorbeeld theoretisch zeer fijne mengsels gebruiken (Lambda bijna 2). Dat wil zeggen, ze kunnen heel weinig brandstof gebruiken om alle binnenkomende lucht te gebruiken en zeer efficiënt worden.

Voorbeeld van hoe een waterstofverbrandingsmotor werkt

Een goed voorbeeld van een waterstofmotor is de BMW 750hl, die in 2000 op de markt kwam. Hoewel het eigenlijk een BMW benzinemotor is, kan hij ook waterstof verbranden.

Het heeft echter verschillende nadelen: ten eerste slaat het waterstof op in vloeibare vorm. Dit vereist een zeer dure tank gemaakt van materialen uit de lucht- en ruimtevaartsector om de temperatuur onder de -250ºC . te houden. Dit kan alleen worden bereikt binnen 12 tot 14 dagen, gedurende welke tijd de waterstof geleidelijk verdampt en veilig in de atmosfeer terechtkomt. Het tweede nadeel is dat je door het gebruik van waterstof veel vermogen en efficiëntie verliest. De latere BMW Hydrogen 7 uit 2005 loste deze problemen gedeeltelijk op en verhoogde de waterstofdruk naar 700 bar zonder het koud te houden.

Een ander goed voorbeeld is de Aquarius waterstofmotor. Een door een Israëlisch bedrijf ontwikkelde motor op fossiele brandstof die geschikt is voor het gebruik van waterstof. De eerste functionele versie werd in 2014 geïntroduceerd en sindsdien is er een herziene en verbeterde versie verschenen. Volgens de ontwikkelaars kan het werken zonder smeerolie en heeft het een gasuitwisselingssysteem om de NOx-uitstoot te verminderen.

Bovendien is de waterstofverbrandingsmotor licht en heeft hij weinig onderdelen, waardoor hij goedkoop te produceren is. Het kan worden gebruikt als range extender voor elektrische voertuigen of als generator voor het netwerk.

Hoe werkt een waterstof-brandstofcelmotor?

waterstof motor

De volledige naam is een in brandstofcel omgebouwde waterstofmotor. Ondanks het woord 'brandstof' verbranden ze geen waterstof. Ze gebruiken het om elektriciteit op te wekken via het omgekeerde proces van elektrolyse. Daarom dragen ze batterijen voor chemische reacties, zoals in een waterstofverbrandingsmotor, waar waterstof wordt opgeslagen in tanks met een druk van 700 bar.

Het is alleen dat in plaats van het naar de motor te voeren, het door de anode en kathode (zoals een batterij) naar de brandstofcel gaat. Eenmaal daar passeert waterstofgas (H2) het membraan en breekt het af in twee waterstofionen. Waterstof en twee vrije elektronen. Deze elektronen gaan van de anode naar de kathode van de batterij via een extern circuit, waardoor een elektrische stroom ontstaat. De geproduceerde waterstofionen combineren met zuurstof uit de lucht om water te vormen.

Om deze reden is een waterstof-brandstofcelmotor emissievrij, omdat het geen NOx of de gassen produceert die vrijkomen bij het verbranden van olie zoals een verbrandingsmotor. De membranen die in deze motoren worden gebruikt, zijn gemaakt van platina en zijn duur. Er is echter werk aan de winkel om deze hoge kosten aan te pakken. Zo hebben ze aan de Technische Universiteit van Berlijn een ijzerlegering ontwikkeld die, indien in productie genomen, de kosten sterk zou kunnen verlagen.

Nadelen van waterstofmotoren

hoe werkt een waterstofmotor?

  • Katalysatoren gebruikt in chemische reacties van waterstof brandstofcelmotoren zijn gemaakt van dure materialen, zoals platina. In ieder geval totdat het wordt vervangen door een goedkoper alternatief, zoals dat in de TU Berlijn wordt genoemd.
  • Om waterstof te verkrijgen, moet dit worden gedaan door thermochemische processen van fossiele brandstoffen of door elektrolyse van water, wat energieverbruik vereist. De belangrijkste kritiek op waterstofmotoren, omdat de elektriciteit direct kan worden opgeslagen in de accu van een elektrisch voertuig voor gebruik.
  • Zodra de waterstof is verkregen, moet in een cel of druktank worden gebracht. Dit proces vereist ook extra energieverbruik.
  • Waterstofbatterijen zijn duur om te produceren en moeten zeer duurzaam zijn om bestand te zijn tegen de hoge drukken waarmee waterstof moet worden opgeslagen.

Voordelen van waterstofmotoren

  • Waterstofbatterijen zijn lichter dan batterijen voor elektrische voertuigen. Daarom wordt het gebruik ervan in zwaar transport onderzocht als alternatief voor elektrische vrachtwagens op batterijen. Om grote afstanden te kunnen overbruggen, zijn ze erg zwaar.
  • Tegenwoordig gaat het opladen van waterstof sneller dan het opladen van een accu van een elektrische auto.
  • In tegenstelling tot elektrische voertuigen op batterijen, hebben voertuigen met waterstofbrandstofcellen geen grote batterijen nodig. Daarom vereist het minder lithium of andere materialen die mogelijk schaars zijn. Waterstof-verbrandingsmotoren hebben niet direct lithiumbatterijen of andere soortgelijke batterijen nodig.
  • Brandstofcellen kunnen de levensduur van een auto verlengen. In tegenstelling tot batterijen, die vanwege hun grootte en capaciteit duur zijn om te vervangen. De batterijen van waterstofmotoren zijn kleiner en daardoor goedkoper om te vervangen.
  • Vergeleken met fossiele brandstofmotoren gebruiken waterstofbrandstofcelmotoren elektromotoren en zijn daarom erg stil.

autonomie

hoe werkt een waterstofbrandstofmotor?

Het nadeel van waterstofmotoren is dat hun tanks of brandstofcellen waterstof onder zeer hoge druk moeten bevatten. Dus, het toevoerpunt moet ook voldoen aan de druk van 700 bar die het ondersteunt.

Dit vereist het bouwen van een bevoorradingsinfrastructuur om dit type voertuig te kunnen tanken. Dat gezegd hebbende, heeft het dezelfde problemen als puur elektrische voertuigen. Het tanken gaat echter veel sneller dan deze, aangezien het hetzelfde is als een LPG- of GLC-voertuig.

Auto's die momenteel zijn uitgerust met brandstofcelmotoren op waterstof hebben een actieradius die vergelijkbaar is met die van benzine. Bijvoorbeeld, de Toyota Mirai kondigde 650 km aan met een volle accu, de Hyundai Nexo 756 km en de BMW iX5 Hydrogen 700 km.

Anderen, zoals de Hopium Machina, hebben een actieradius van 1.000 km aangekondigd, hoewel dat cijfer nu moet worden bevestigd wanneer het gebeurt. Autonomie is in ieder geval niet zo belangrijk als de batterij, want tanken gaat veel sneller. Het ding om in gedachten te houden is het aantal brandstofpunten.

Ze zijn veilig?

Merken werken al jaren aan dit type motor om de efficiëntie te verbeteren, de kosten te verlagen en ze natuurlijk net zo veilig te maken als die op fossiele brandstoffen.

Bovendien zijn de veiligheidsnormen die door Europa, de Verenigde Staten en Japan worden vereist, de garantie voor de veiligheid van voertuigen op waterstof. Onnodig te zeggen dat Toyota dat touts De benzinetank van de Mirai is sterk genoeg om kogelvrij te zijn.

Komt er een dag dat alle auto's op waterstof rijden? De tijd zal alles uitwijzen. Het is duidelijk dat merken blijven investeren en het heeft enkele voordelen die het een redelijk alternatief maken voor emissievrij vervoer.

Ik hoop dat je met deze informatie meer te weten kunt komen over hoe een waterstofmotor werkt, de kenmerken, voor- en nadelen ervan.


Wees de eerste om te reageren

Laat je reactie achter

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *

*

*

  1. Verantwoordelijk voor de gegevens: Miguel Ángel Gatón
  2. Doel van de gegevens: Controle SPAM, commentaarbeheer.
  3. Legitimatie: uw toestemming
  4. Mededeling van de gegevens: De gegevens worden niet aan derden meegedeeld, behalve op grond van wettelijke verplichting.
  5. Gegevensopslag: database gehost door Occentus Networks (EU)
  6. Rechten: u kunt uw gegevens op elk moment beperken, herstellen en verwijderen.