Hydrogenmotorer fortsetter å være en av de fremtidige innsatsene til bilindustrien. Driften har gitt den en rekke fordeler, og holder den flytende til tross for feilene. For dette formål har Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford og andre merker investert tungt i denne teknologien. Hydrogenbrukende motorer inkluderer forbrenningsmotorer og brenselcellekonverteringsmotorer. Mange vet ikke hvordan fungerer en hydrogenmotor og deres respektive fordeler og ulemper.
Av denne grunn skal vi dedikere denne artikkelen til å fortelle deg hvordan en trinn-for-trinn hydrogenmotor fungerer, hva dens egenskaper er og dens betydning for motorverdenen.
Hvordan fungerer en hydrogenforbrenningsmotor?
Disse motorene bruker hydrogen som bensin. Det vil si at de brenner det i et forbrenningskammer for å skape en eksplosjon (kinetisk energi og varme). Av denne grunn, konvensjonelle bensinmotorer kan tilpasses for å brenne hydrogen i tillegg til LPG eller CNG.
Driften til denne motoren er veldig lik den til en bensinmotor. Hydrogen brukes som drivstoff og oksygen som oksidant. Den kjemiske reaksjonen initieres av en gnist og en tennplugg kan produsere en gnist. Hydrogen har ingen karbonatomer, så reaksjonen er at to hydrogenmolekyler kombineres med ett oksygenmolekyl, og frigjør energi og vann.
Resultatet av dens kjemiske reaksjon er ganske enkelt vanndamp. Imidlertid genererer hydrogenforbrenningsmotorer noen utslipp under drift. For eksempel små mengder NOx fra luften og varme fra brennkammeret, eller utslipp fra å brenne litt olje gjennom stempelringene.
Siden hydrogen er en gass, lagres den i en tank med et trykk på 700 bar. Dette er 350 til 280 ganger høyere enn normalt bildekktrykk. (2 til 2,5 bar). Selv om det også finnes biler som lagrer hydrogen i flytende form ved svært lave temperaturer, som vist under.
Hydrogenforbrenningsmotorer gir noen interessante fordeler i forhold til konvensjonelle forbrenningsmotorer. For eksempel kan de teoretisk bruke veldig fine blandinger (Lambda nær 2). Det vil si at de kan bruke svært lite drivstoff for å bruke all den innkommende luften og bli veldig effektive.
Eksempel på hvordan en hydrogenforbrenningsmotor fungerer
Et godt eksempel på en hydrogenmotor er BMW 750hl, som kom på markedet i 2000. Selv om det egentlig er en BMW bensinmotor, er den også i stand til å brenne hydrogen.
Det har imidlertid flere ulemper: For det første lagrer det hydrogen i flytende form. Dette krever en svært kostbar tank laget av materialer fra romfartssektoren for å holde temperaturen under -250ºC. Dette kan bare oppnås innen 12 til 14 dager, i løpet av denne tiden fordamper hydrogenet gradvis og slippes trygt ut i atmosfæren. Den andre ulempen er at man mister mye kraft og effektivitet ved å bruke hydrogen. Den senere BMW Hydrogen 7 fra 2005 løste delvis disse problemene og økte hydrogentrykket til 700 bar uten å holde det kaldt.
Et annet godt eksempel er Aquarius-hydrogenmotoren. En fossil drivstoffmotor utviklet av et israelsk selskap egnet for bruk av hydrogen. Den første funksjonelle versjonen ble introdusert i 2014 og siden den gang har en revidert og forbedret versjon dukket opp. Ifølge sine utviklere kan den fungere uten smøreolje og har et gassutvekslingssystem for å redusere NOx-utslipp.
I tillegg er hydrogenforbrenningsmotoren lett og har få deler, noe som gjør den billig å produsere. Den kan brukes som rekkeviddeforlenger for elektriske kjøretøy eller som generator for nettverket.
Hvordan fungerer en hydrogen brenselcellemotor?
Dens fulle navn er en brenselcellekonvertert hydrogenmotor. Til tross for ordet "drivstoff", brenner de ikke hydrogen. De bruker den til å generere elektrisitet gjennom den omvendte prosessen med elektrolyse. Det er derfor de bærer batterier for kjemiske reaksjoner, som i en hydrogenforbrenningsmotor, hvor hydrogen lagres i tanker med et trykk på 700 bar.
Det er bare det at i stedet for å mate den til motoren, går den gjennom anoden og katoden (som et batteri) til brenselcellen. Vel fremme passerer hydrogengass (H2) gjennom membranen og bryter den ned til to hydrogenioner. Hydrogen og to frie elektroner. Disse elektronene passerer fra anoden til katoden til batteriet gjennom en ekstern krets, og skaper en elektrisk strøm. Hydrogenionene som produseres kombineres med oksygen fra luften for å danne vann.
Av denne grunn har en hydrogenbrenselcellemotor null utslipp, siden den ikke produserer NOx eller gassene som produseres ved forbrenning av olje som en forbrenningsmotor. Membranene som brukes i disse motorene er laget av platina og er dyre. Det er imidlertid arbeid for å håndtere denne høye kostnaden. For eksempel har de ved det tekniske universitetet i Berlin utviklet en ferrolegering som, hvis den settes i produksjon, kan redusere kostnadene betraktelig.
Ulemper med hydrogenmotorer
- Katalysatorer som brukes i kjemiske reaksjoner av hydrogen brenselcellemotorer er laget av dyre materialer, som platina. I hvert fall inntil det blir erstattet av et billigere alternativ, som det som er nevnt i TU Berlin.
- For å få hydrogen må det gjøres ved termokjemiske prosesser av fossilt brensel eller ved elektrolyse av vann, noe som krever energiforbruk. Den viktigste kritikken av hydrogenmotorer, fordi elektrisiteten kan lagres direkte i batteriet til et elektrisk kjøretøy for bruk.
- Når hydrogenet er oppnådd, må innføres i en celle eller trykktank. Denne prosessen krever også ekstra energiforbruk.
- Hydrogenbatterier er dyre å produsere og må være svært holdbare for å tåle de høye trykket hydrogen må lagres med.
Fordeler med hydrogenmotorer
- Hydrogenbatterier er lettere enn elbilbatterier. Derfor undersøkes bruken i tungtransport som et alternativ til batterielektriske lastebiler. For å kunne tilbakelegge store avstander er de veldig tunge.
- I dag går det raskere å lade hydrogen enn å lade et elbilbatteri.
- I motsetning til elektriske batterikjøretøyer, krever ikke hydrogenbrenselcellekjøretøyer store batterier. Derfor krever det mindre litium eller andre materialer som kan være mangelvare. Hydrogen forbrenningsmotorer krever ikke direkte litiumbatterier eller andre lignende batterier.
- Drivstoffceller kan forlenge levetiden til en bil. I motsetning til batterier, som er dyre å erstatte på grunn av størrelse og kapasitet. Batteriene knyttet til hydrogenmotorer er mindre og derfor rimeligere å erstatte.
- Sammenlignet med fossile brenselmotorer bruker hydrogenbrenselcellemotorer elektriske motorer og er derfor veldig stillegående.
autonomi
Ulempen med hydrogenmotorer er at tankene eller brenselcellene må inneholde hydrogen ved svært høyt trykk. Og dermed, forsyningspunktet må også overholde trykket på 700 bar som det støtter.
Dette krever å bygge en forsyningsinfrastruktur for å kunne fylle drivstoff på denne typen kjøretøy. Når det er sagt, har den de samme problemene som rene elektriske kjøretøy. Tankeoperasjonen er imidlertid mye raskere enn disse, siden den er det samme som et LPG- eller GLC-kjøretøy.
Biler utstyrt med hydrogenbrenselcellemotorer har en rekkevidde som ligner på bensin. For eksempel, Toyota Mirai annonserte 650 km med fullt batteri, Hyundai Nexo 756 km og BMW iX5 Hydrogen 700 km.
Andre som Hopium Machina har annonsert en rekkevidde på 1.000 km, selv om det tallet nå må bekreftes når det skjer. Uansett er ikke autonomi like viktig som batteriet, fordi tankingen går mye raskere. Det du bør huske på er antall drivstoffpoeng.
Er de trygge?
Merker har jobbet med denne typen motorer i årevis for å forbedre effektiviteten, redusere kostnadene og selvfølgelig gjøre dem like sikre som de som kjører på fossilt brensel.
I tillegg er sikkerhetsstandardene som kreves av Europa, USA og Japan garantien for sikkerheten til hydrogendrevne kjøretøy. Unødvendig å si, Toyota touts det Bensintanken til Mirai er tøff nok til å være skuddsikker.
Vil vi se en dag da alle biler kjører på hydrogen? Tiden vil vise alt. Det er tydelig at merkevarer fortsetter å investere og det har noen fordeler som gjør det til et rimelig alternativ til nullutslippstransport.
Jeg håper at du med denne informasjonen kan lære mer om hvordan en hydrogenmotor fungerer, dens egenskaper, fordeler og ulemper.