Vodíkové motory sú aj naďalej jednou z budúcich stávok automobilového priemyslu. Jeho prevádzka mu poskytla rad výhod, ktoré ho udržujú nad vodou napriek jeho zlyhaniam. Za týmto účelom Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford a ďalšie značky výrazne investovali do tejto technológie. Motory využívajúce vodík zahŕňajú spaľovacie motory a motory na konverziu palivových článkov. Veľa ľudí nevie ako funguje vodíkový motor a ich príslušné výhody a nevýhody.
Z tohto dôvodu venujeme tento článok tomu, aby sme vám priblížili, ako postupný vodíkový motor funguje, aké sú jeho vlastnosti a aký je jeho význam pre motoristický svet.
Ako funguje vodíkový spaľovací motor?
Tieto motory využívajú vodík ako benzín. To znamená, že ho spália v spaľovacej komore, aby vytvorili výbuch (kinetická energia a teplo). Pre tento dôvod, konvenčné benzínové motory môžu byť prispôsobené na spaľovanie vodíka okrem LPG alebo CNG.
Činnosť tohto motora je veľmi podobná ako pri benzínovom motore. Vodík sa používa ako palivo a kyslík ako oxidant. Chemická reakcia je iniciovaná iskrou a zapaľovacia sviečka môže vyvolať iskru. Vodík nemá žiadne atómy uhlíka, takže reakcia je taká, že dve molekuly vodíka sa spoja s jednou molekulou kyslíka, čím sa uvoľní energia a voda.
Výsledkom jeho chemickej reakcie je jednoducho vodná para. Vodíkové spaľovacie motory však počas svojej prevádzky vytvárajú určité emisie. Napríklad malé množstvá NOx zo vzduchu a tepla zo spaľovacej komory alebo emisie zo spaľovania oleja cez piestne krúžky.
Keďže vodík je plyn, skladuje sa v nádrži s tlakom 700 barov. To je 350 až 280-krát vyšší tlak v pneumatikách auta. (2 až 2,5 baru). Hoci existujú aj autá, ktoré skladujú vodík v tekutej forme pri veľmi nízkych teplotách, ako je znázornené nižšie.
Vodíkové spaľovacie motory ponúkajú niekoľko zaujímavých výhod oproti konvenčným spaľovacím motorom. Napríklad môžu teoreticky používať veľmi jemné zmesi (lambda blízka 2). To znamená, že môžu spotrebovať veľmi málo paliva, aby využili všetok prichádzajúci vzduch a stali sa veľmi efektívnymi.
Príklad fungovania vodíkového spaľovacieho motora
Dobrým príkladom vodíkového motora je BMW 750hl, ktorý prišiel na trh v roku 2000. Hoci je to vlastne benzínový motor BMW, dokáže spaľovať aj vodík.
Má však niekoľko nevýhod: Po prvé, uchováva vodík v kvapalnej forme. To si vyžaduje veľmi drahú nádrž vyrobenú z materiálov z v leteckom a kozmickom sektore, aby sa jeho teplota udržala pod -250ºC. To sa dá dosiahnuť iba v priebehu 12 až 14 dní, počas ktorých sa vodík postupne vyparí a bezpečne sa dostane do atmosféry. Druhou nevýhodou je, že používaním vodíka strácate veľa výkonu a účinnosti. Neskoršie BMW Hydrogen 7 z roku 2005 tieto problémy čiastočne vyriešilo a zvýšilo tlak vodíka na 700 barov bez toho, aby ho udržiavalo v chlade.
Ďalším dobrým príkladom je vodíkový motor Aquarius. Motor na fosílne palivá vyvinutý izraelskou spoločnosťou vhodný na využitie vodíka. Prvá funkčná verzia bola predstavená v roku 2014 a odvtedy sa objavila prepracovaná a vylepšená verzia. Podľa jeho vývojárov môže fungovať bez mazacieho oleja a má systém výmeny plynu na zníženie emisií NOx.
Vodíkový spaľovací motor je navyše ľahký a má málo dielov, vďaka čomu je jeho výroba lacná. Môže byť použitý ako predlžovač dojazdu pre elektrické vozidlá alebo ako generátor pre sieť.
Ako funguje motor s vodíkovými palivovými článkami?
Jeho celý názov je vodíkový motor prerobený na palivové články. Napriek slovu „palivo“ nespaľujú vodík. Používajú ho na výrobu elektriny prostredníctvom reverzného procesu elektrolýzy. Preto nosia batérie na chemické reakcie, ako vo vodíkovom spaľovacom motore, kde vodík sa skladuje v nádržiach s tlakom 700 barov.
Ide len o to, že namiesto privádzania do motora ide cez anódu a katódu (ako batéria) do palivového článku. Keď tam je, plynný vodík (H2) prechádza cez membránu a rozkladá ju na dva vodíkové ióny. Vodík a dva voľné elektróny. Tieto elektróny prechádzajú z anódy na katódu batérie cez vonkajší obvod a vytvárajú elektrický prúd. Vzniknuté vodíkové ióny sa spájajú s kyslíkom zo vzduchu a vytvárajú vodu.
Z tohto dôvodu má motor s vodíkovými palivovými článkami nulové emisie, keďže neprodukuje NOx ani plyny, ktoré vznikajú pri spaľovaní oleja ako pri spaľovacom motore. Membrány používané v týchto motoroch sú vyrobené z platiny a sú drahé. Existuje však práca na odstránení týchto vysokých nákladov. Napríklad na Technickej univerzite v Berlíne vyvinuli ferozliatinu, ktorá by v prípade uvedenia do výroby mohla výrazne znížiť náklady.
Nevýhody vodíkových motorov
- Katalyzátory používané pri chemických reakciách Motory s vodíkovými palivovými článkami sú vyrobené z drahých materiálov, ako je platina. Aspoň dovtedy, kým ho nenahradí lacnejšia alternatíva, ako je tá spomínaná na TU Berlin.
- Na získanie vodíka sa to musí robiť termochemickými procesmi fosílnych palív alebo elektrolýzou vody, čo si vyžaduje spotrebu energie. Hlavnou kritikou vodíkových motorov je skutočnosť, že elektrina môže byť uložená priamo v batérii elektrického vozidla na použitie.
- Akonáhle sa získa vodík, musia byť zavedené do bunky alebo tlakovej nádoby. Tento proces si tiež vyžaduje dodatočné energetické výdavky.
- Vodíkové batérie sú drahé na výrobu a musia byť veľmi odolné, aby odolali vysokým tlakom, pri ktorých sa vodík musí skladovať.
Výhody vodíkových motorov
- Vodíkové batérie sú ľahšie ako batérie elektrických vozidiel. Preto sa skúma jeho využitie v ťažkej doprave ako alternatíva k batériovým elektrickým vozíkom. Aby mohli prekonať veľké vzdialenosti, sú veľmi ťažké.
- Dnes je nabíjanie vodíka rýchlejšie ako nabíjanie batérie elektromobilu.
- Na rozdiel od batériových elektrických vozidiel vozidlá s vodíkovými palivovými článkami nevyžadujú veľké batérie. Preto vyžaduje menej lítia alebo iných materiálov, ktorých môže byť nedostatok. Vodíkové spaľovacie motory priamo nevyžadujú lítiové batérie alebo iné podobné batérie.
- Palivové články môžu predĺžiť životnosť auta. Na rozdiel od batérií, ktorých výmena je vzhľadom na ich veľkosť a kapacitu nákladná. Batérie spojené s vodíkovými motormi sú menšie, a preto ich výmena je lacnejšia.
- V porovnaní s motormi na fosílne palivá využívajú motory s vodíkovými palivovými článkami elektromotory, a preto sú veľmi tiché.
autonómie
Nevýhodou vodíkových motorov je, že ich nádrže alebo palivové články musia obsahovať vodík pri veľmi vysokých tlakoch. teda odberné miesto musí spĺňať aj tlak 700 barov, ktorý podporuje.
To si vyžaduje vybudovanie zásobovacej infraštruktúry, aby bolo možné tankovať tento typ vozidla. To znamená, že má rovnaké problémy ako čisto elektrické vozidlá. Operácia tankovania je však oveľa rýchlejšia ako tieto, keďže je rovnaká ako u vozidla na LPG alebo GLC.
Autá v súčasnosti vybavené motormi s vodíkovými palivovými článkami majú dojazd podobný benzínu. Napríklad, Toyota Mirai oznámila 650 km s plnou batériou, Hyundai Nexo 756 km a BMW iX5 Hydrogen 700 km.
Iné, ako napríklad Hopium Machina, oznámili dojazd 1.000 XNUMX km, hoci toto číslo bude musieť byť teraz potvrdené, keď sa tak stane. V každom prípade autonómia nie je taká dôležitá ako batéria, pretože tankovanie je oveľa rýchlejšie. Čo treba mať na pamäti, je počet palivových bodov.
Sú v bezpečí?
Značky už roky pracujú na tomto type motorov, aby zlepšili ich efektivitu, znížili náklady a samozrejme, aby boli rovnako bezpečné ako tie, ktoré poháňajú fosílne palivá.
Zárukou bezpečnosti vozidiel na vodíkový pohon sú navyše bezpečnostné normy požadované Európou, Spojenými štátmi a Japonskom. Netreba dodávať, že Toyota to ponúka plynová nádrž Mirai je dostatočne pevná na to, aby bola nepriestrelná.
Dočkáme sa dňa, keď budú všetky autá jazdiť na vodík? Čas všetko ukáže. Je jasné, že značky naďalej investujú a má to niekoľko výhod, ktoré z neho robia rozumnú alternatívu k doprave s nulovými emisiami.
Dúfam, že s týmito informáciami sa dozviete viac o tom, ako funguje vodíkový motor, jeho vlastnosti, výhody a nevýhody.