Motorët e hidrogjenit vazhdojnë të jenë një nga bastet e ardhshme të industrisë së automobilave. Funksionimi i tij i ka dhënë një sërë avantazhesh, duke e mbajtur atë në këmbë pavarësisht dështimeve të tij. Për këtë qëllim, Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford dhe marka të tjera kanë investuar shumë në këtë teknologji. Motorët që përdorin hidrogjen përfshijnë motorët me djegie të brendshme dhe motorët e konvertimit të qelizave të karburantit. Shumë njerëz nuk e dinë si funksionon një motor me hidrogjen dhe avantazhet dhe disavantazhet e tyre përkatëse.
Për këtë arsye, ne do t'jua kushtojmë këtë artikull për t'ju treguar se si funksionon një motor hidrogjeni hap pas hapi, cilat janë karakteristikat e tij dhe rëndësia e tij për botën motorike.
Si funksionon një motor me djegie hidrogjeni?
Këta motorë përdorin hidrogjenin si benzinë. Kjo do të thotë, ata e djegin atë në një dhomë djegieje për të krijuar një shpërthim (energji kinetike dhe nxehtësi). Per kete arsye, Motorët e zakonshëm me benzinë mund të përshtaten për të djegur hidrogjen përveç LPG ose CNG.
Funksionimi i këtij motori është shumë i ngjashëm me atë të një motori me benzinë. Hidrogjeni përdoret si lëndë djegëse dhe oksigjeni si oksidues. Reaksioni kimik fillon nga një shkëndijë dhe një kandele mund të prodhojë një shkëndijë. Hidrogjeni nuk ka atome karboni, kështu që reagimi është se dy molekula hidrogjeni bashkohen me një molekulë oksigjeni, duke çliruar energji dhe ujë.
Rezultati i reaksionit të tij kimik është thjesht avulli i ujit. Megjithatë, motorët me djegie hidrogjeni gjenerojnë disa emetime gjatë funksionimit të tyre. Për shembull, sasi të vogla të NOx nga ajri dhe nxehtësi nga dhoma e djegies, ose shkarkime nga djegia e disa vajit nëpër unazat e pistonit.
Duke qenë se hidrogjeni është gaz, ai ruhet në një rezervuar me presion prej 700 bar. Kjo është 350 deri në 280 herë më e lartë se presioni normal i gomave të makinës. (2 deri në 2,5 bar). Edhe pse ka edhe makina që ruajnë hidrogjenin në formë të lëngshme në temperatura shumë të ulëta, siç tregohet më poshtë.
Motorët me djegie hidrogjeni ofrojnë disa avantazhe interesante në krahasim me motorët me djegie konvencionale. Për shembull, ata teorikisht mund të përdorin përzierje shumë të imta (Lambda afër 2). Kjo do të thotë, ata mund të përdorin shumë pak karburant për të përdorur të gjithë ajrin në hyrje dhe të bëhen shumë efikas.
Shembull se si funksionon një motor me djegie hidrogjeni
Një shembull i mirë i një motori me hidrogjen është BMW 750hl, i cili doli në treg në vitin 2000. Edhe pse në fakt është një motor BMW me benzinë, ai është gjithashtu i aftë të djegë hidrogjen.
Megjithatë, ai ka disa të meta: Së pari, ruan hidrogjenin në formë të lëngshme. Kjo kërkon një rezervuar shumë të shtrenjtë të bërë nga materiale nga Sektori i hapësirës ajrore të mbajë temperaturën e tij nën -250ºC. Kjo mund të arrihet vetëm brenda 12 deri në 14 ditë, gjatë së cilës kohë hidrogjeni avullohet gradualisht dhe lëshohet në mënyrë të sigurt në atmosferë. Disavantazhi i dytë është se duke përdorur hidrogjen humbet shumë fuqi dhe efikasitet. BMW Hydrogen 7 i mëvonshëm i vitit 2005 i zgjidhi pjesërisht këto probleme dhe rriti presionin e hidrogjenit në 700 bar pa e mbajtur atë të ftohtë.
Një shembull tjetër i mirë është motori i hidrogjenit Aquarius. Një motor me lëndë djegëse fosile i zhvilluar nga një kompani izraelite i përshtatshëm për përdorimin e hidrogjenit. Versioni i parë funksional u prezantua në vitin 2014 dhe që atëherë është shfaqur një version i rishikuar dhe i përmirësuar. Sipas zhvilluesve të tij, ai mund të funksionojë pa vaj lubrifikues dhe ka një sistem shkëmbimi gazi për të reduktuar emetimet e NOx.
Përveç kësaj, motori me djegie të brendshme me hidrogjen është i lehtë dhe ka pak pjesë, duke e bërë atë të lirë për t'u prodhuar. Mund të përdoret si zgjerues i rrezes për automjetet elektrike ose si gjenerator për rrjetin.
Si funksionon një motor me karburant hidrogjeni?
Emri i tij i plotë është një motor hidrogjeni i konvertuar me qeliza karburanti. Pavarësisht fjalës "karburant", ato nuk djegin hidrogjen. Ata e përdorin atë për të gjeneruar energji elektrike përmes procesit të kundërt të elektrolizës. Kjo është arsyeja pse ata mbajnë bateri për reaksione kimike, si në një motor me djegie hidrogjeni, ku hidrogjeni ruhet në rezervuarë me presion prej 700 bar.
Thjesht, në vend që ta ushqejë atë me motorin, ai kalon përmes anodës dhe katodës (si një bateri) në qelizën e karburantit. Pasi atje, gazi i hidrogjenit (H2) kalon nëpër membranë dhe e zbërthen atë në dy jone hidrogjeni. Hidrogjeni dhe dy elektrone të lira. Këto elektrone kalojnë nga anoda në katodën e baterisë përmes një qarku të jashtëm, duke krijuar një rrymë elektrike. Jonet e hidrogjenit të prodhuara kombinohen me oksigjenin nga ajri për të formuar ujë.
Për këtë arsye, një motor me qeliza karburanti me hidrogjen ka zero emisione, pasi nuk prodhon NOx ose gazrat që prodhohen gjatë djegies së vajit si një motor me djegie të brendshme. Diafragmat e përdorura në këta motorë janë prej platini dhe janë të shtrenjta. Megjithatë, ka punë për të trajtuar këtë kosto të lartë. Për shembull, në Universitetin Teknik të Berlinit ata kanë zhvilluar një ferroaliazh që, nëse vihet në prodhim, mund të reduktojë shumë kostot.
Disavantazhet e motorëve me hidrogjen
- Katalizatorët e përdorur në reaksionet kimike motorët e qelizave të karburantit të hidrogjenit janë bërë nga materiale të shtrenjta, të tilla si platini. Të paktën derisa të zëvendësohet nga një alternativë më e lirë, si ajo e përmendur në TU Berlin.
- Për të marrë hidrogjenin, duhet bërë me procese termokimike të lëndëve djegëse fosile ose me elektrolizë të ujit, gjë që kërkon konsum të energjisë. Kritika kryesore e motorëve me hidrogjen, sepse energjia elektrike mund të ruhet drejtpërdrejt në baterinë e një automjeti elektrik për përdorim.
- Pasi të merret hidrogjeni, duhet të futet në një qelizë ose rezervuar nën presion. Ky proces kërkon gjithashtu shpenzime shtesë të energjisë.
- Bateritë e hidrogjenit janë të shtrenjta për t'u prodhuar dhe duhet të jenë shumë të qëndrueshme për t'i bërë ballë presioneve të larta me të cilat duhet të ruhet hidrogjeni.
Përparësitë e motorëve me hidrogjen
- Bateritë e hidrogjenit janë më të lehta se bateritë e automjeteve elektrike. Kjo është arsyeja pse përdorimi i tij në transportin e rëndë po hetohet si një alternativë ndaj kamionëve elektrikë me bateri. Për të qenë në gjendje të përshkojnë distanca të mëdha, ato janë shumë të rënda.
- Sot, karikimi i hidrogjenit është më i shpejtë se karikimi i një baterie makine elektrike.
- Ndryshe nga automjetet elektrike me bateri, automjetet me qeliza karburanti hidrogjeni nuk kërkojnë bateri të mëdha. Prandaj, kërkon më pak litium ose materiale të tjera që mund të jenë në mungesë. Motorët me djegie të brendshme hidrogjeni nuk kërkojnë drejtpërdrejt bateri litiumi ose bateri të tjera të ngjashme.
- Qelizat e karburantit mund të zgjasin jetën e një makine. Ndryshe nga bateritë, të cilat janë të shtrenjta për t'u zëvendësuar për shkak të madhësisë dhe kapacitetit të tyre. Bateritë e lidhura me motorët me hidrogjen janë më të vogla dhe për këtë arsye më pak të kushtueshme për t'u zëvendësuar.
- Krahasuar me motorët me lëndë djegëse fosile, motorët me qeliza hidrogjeni përdorin motorë elektrikë dhe për këtë arsye janë shumë të qetë.
autonomi
Disavantazhi i motorëve me hidrogjen është se rezervuarët e tyre ose qelizat e karburantit duhet të përmbajnë hidrogjen në presione shumë të larta. Kështu, pika e furnizimit duhet të jetë gjithashtu në përputhje me presionin prej 700 bare që ajo mban.
Kjo kërkon ndërtimin e një infrastrukture furnizimi për të mundësuar furnizimin me karburant të këtij lloj automjeti. Thënë kështu, ka të njëjtat probleme si automjetet e pastra elektrike. Megjithatë, operacioni i karburantit është shumë më i shpejtë se këto, pasi është i njëjtë me një automjet me LPG ose GLC.
Makinat e pajisura aktualisht me motorë me karburant hidrogjeni kanë një gamë të ngjashme me benzinën. Për shembull, Toyota Mirai njoftoi 650 km me bateri të plotë, Hyundai Nexo 756 km dhe BMW iX5 Hydrogen 700 km.
Të tjerë si Hopium Machina kanë njoftuar një distancë prej 1.000 km, megjithëse kjo shifër tani do të duhet të konfirmohet kur të ndodhë. Në çdo rast, autonomia nuk është aq e rëndësishme sa bateria, sepse karburanti është shumë më i shpejtë. Gjëja që duhet mbajtur parasysh është numri i pikave të karburantit.
Ata janë të sigurt?
Markat kanë vite që punojnë në këtë lloj motori për të përmirësuar efikasitetin e tyre, për të ulur kostot dhe, natyrisht, për t'i bërë ato po aq të sigurta sa ato që punojnë me lëndë djegëse fosile.
Përveç kësaj, standardet e sigurisë të kërkuara nga Evropa, Shtetet e Bashkuara dhe Japonia janë garancia e sigurisë së automjeteve me hidrogjen. Eshtë e panevojshme të thuhet, Toyota e promovon këtë Rezervuari i gazit i Mirait është mjaft i fortë për të qenë i papërshkueshëm nga plumbat.
A do të shohim një ditë kur të gjitha makinat të punojnë me hidrogjen? Koha do të tregojë gjithçka. Është e qartë se markat vazhdojnë të investojnë dhe ka disa avantazhe që e bëjnë atë një alternativë të arsyeshme ndaj transportit me emetim zero.
Shpresoj që me këtë informacion të mund të mësoni më shumë se si funksionon një motor hidrogjeni, karakteristikat, avantazhet dhe disavantazhet e tij.