Injini ya hidrojeni inafanyaje kazi?

injini ya hidrojeni

Injini za hidrojeni zinaendelea kuwa moja ya dau za siku zijazo za tasnia ya magari. Uendeshaji wake umeipa mfululizo wa faida, kuiweka sawa licha ya kushindwa kwake. Ili kufikia mwisho huu, Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford na bidhaa nyingine zimewekeza sana katika teknolojia hii. Injini zinazotumia haidrojeni ni pamoja na injini za mwako wa ndani na injini za kubadilisha seli za mafuta. Watu wengi hawajui jinsi injini ya hidrojeni inavyofanya kazi na faida na hasara zao husika.

Kwa sababu hii, tutajitolea makala hii kukuambia jinsi injini ya hidrojeni ya hatua kwa hatua inavyofanya kazi, sifa zake ni nini na umuhimu wake kwa ulimwengu wa magari.

Injini ya mwako wa hidrojeni inafanyaje kazi?

magari ya mseto

Injini hizi hutumia hidrojeni kama petroli. Hiyo ni, wanaichoma kwenye chumba cha mwako ili kuunda mlipuko (nishati ya kinetic na joto). Kwa sababu hii, injini za petroli za kawaida zinaweza kubadilishwa ili kuchoma hidrojeni kwa kuongeza LPG au CNG.

Uendeshaji wa injini hii ni sawa na ule wa injini ya petroli. Hidrojeni hutumika kama mafuta na oksijeni kama kioksidishaji. Mmenyuko wa kemikali huanzishwa na cheche na kuziba cheche kunaweza kutoa cheche. Haidrojeni haina atomi za kaboni, kwa hivyo majibu ni kwamba molekuli mbili za hidrojeni huchanganyika na molekuli moja ya oksijeni, ikitoa nishati na maji.

Matokeo ya mmenyuko wake wa kemikali ni mvuke wa maji tu. Walakini, injini za mwako wa hidrojeni hutoa uzalishaji fulani wakati wa operesheni yao. Kwa mfano, kiasi kidogo cha NOx kutoka kwa hewa na joto kutoka kwa chumba cha mwako, au uzalishaji kutoka kwa kuchoma baadhi ya mafuta kupitia pete za pistoni.

Kwa kuwa hidrojeni ni gesi, huhifadhiwa kwenye tank na shinikizo la 700 bar. Hii ni mara 350 hadi 280 zaidi ya shinikizo la kawaida la tairi ya gari. (2 hadi 2,5 bar). Ingawa pia kuna magari ambayo huhifadhi hidrojeni katika hali ya kioevu kwa joto la chini sana, kama inavyoonyeshwa hapa chini.

Injini za mwako wa hidrojeni hutoa faida fulani za kuvutia juu ya injini za kawaida za mwako. Kwa mfano, wanaweza kutumia mchanganyiko mzuri sana wa kinadharia (Lambda karibu na 2). Hiyo ni, wanaweza kutumia mafuta kidogo sana kutumia hewa yote inayoingia na kuwa na ufanisi sana.

Mfano wa jinsi injini ya mwako wa hidrojeni inavyofanya kazi

Mfano mzuri wa injini ya hidrojeni ni BMW 750hl, ambayo ilikuja sokoni mwaka wa 2000. Ingawa kwa hakika ni injini ya petroli ya BMW, pia ina uwezo wa kuchoma hidrojeni.

Hata hivyo, ina vikwazo kadhaa: Kwanza, huhifadhi hidrojeni katika fomu ya kioevu. Hii inahitaji tank ghali sana alifanya kutoka vifaa kutoka sekta ya anga ili kuweka joto lake chini ya -250ºC. Hii inaweza tu kupatikana ndani ya siku 12 hadi 14, wakati ambapo hidrojeni huvukiza polepole na kutolewa kwa usalama kwenye angahewa. Hasara ya pili ni kwamba kwa kutumia hidrojeni unapoteza nguvu nyingi na ufanisi. BMW Hydrogen 7 ya baadaye kutoka 2005 ilitatua matatizo haya kwa kiasi na kuongeza shinikizo la hidrojeni hadi 700 bar bila kuiweka baridi.

Mfano mwingine mzuri ni injini ya hidrojeni ya Aquarius. Injini ya mafuta iliyotengenezwa na kampuni ya Israeli inayofaa kwa matumizi ya hidrojeni. Toleo la kwanza la kazi lilianzishwa mwaka 2014 na tangu wakati huo toleo la marekebisho na kuboreshwa limeonekana. Kulingana na watengenezaji wake, inaweza kufanya kazi bila mafuta ya kulainisha na ina mfumo wa kubadilishana gesi ili kupunguza uzalishaji wa NOx.

Kwa kuongeza, injini ya mwako wa ndani ya hidrojeni ni nyepesi na ina sehemu chache, na kuifanya kuwa nafuu kuzalisha. Inaweza kutumika kama kirefusho cha anuwai kwa magari ya umeme au kama jenereta ya mtandao.

Je, injini ya seli ya mafuta ya hidrojeni inafanyaje kazi?

injini ya hidrojeni

Jina lake kamili ni injini ya hidrojeni iliyobadilishwa seli ya mafuta. Licha ya neno "mafuta", hawana kuchoma hidrojeni. Wanaitumia kuzalisha umeme kupitia mchakato wa reverse wa electrolysis. Ndio maana hubeba betri kwa athari za kemikali, kama kwenye injini ya mwako ya hidrojeni, wapi hidrojeni huhifadhiwa kwenye mizinga na shinikizo la 700 bar.

Ni kwamba badala ya kulisha kwa motor, hupitia anode na cathode (kama betri) kwenye seli ya mafuta. Mara baada ya hapo, gesi ya hidrojeni (H2) hupita kwenye utando na kuigawanya katika ioni mbili za hidrojeni. Hidrojeni na elektroni mbili za bure. Elektroni hizi hupita kutoka kwa anode hadi kwenye cathode ya betri kupitia mzunguko wa nje, na kuunda sasa ya umeme. Ioni za hidrojeni zinazozalishwa huchanganyika na oksijeni kutoka hewani na kutengeneza maji.

Kwa sababu hii, injini ya seli ya mafuta ya hidrojeni haina uzalishaji wa sifuri, kwani haitoi NOx au gesi zinazotolewa wakati wa kuchoma mafuta kama injini ya mwako wa ndani. Diaphragm zinazotumiwa katika injini hizi zimetengenezwa kwa platinamu na ni ghali. Walakini, kuna kazi ya kushughulikia gharama hii kubwa. Kwa mfano, katika Chuo Kikuu cha Ufundi cha Berlin wameunda ferroalloy ambayo, ikiwa itawekwa katika uzalishaji, inaweza kupunguza sana gharama.

Hasara za injini za hidrojeni

jinsi injini ya hidrojeni inavyofanya kazi

  • Vichocheo vinavyotumika katika athari za kemikali injini za seli za mafuta ya hidrojeni hutengenezwa kutoka kwa nyenzo za gharama kubwa, kama vile platinamu. Angalau hadi itakapobadilishwa na mbadala wa bei nafuu, kama ile iliyotajwa katika TU Berlin.
  • Ili kupata hidrojeni, lazima ifanyike na michakato ya thermochemical ya mafuta ya mafuta au kwa electrolysis ya maji, ambayo inahitaji matumizi ya nishati. Ukosoaji mkuu wa injini za hidrojeni, kwa sababu umeme unaweza kuhifadhiwa moja kwa moja kwenye betri ya gari la umeme kwa matumizi.
  • Mara tu hidrojeni inapatikana, lazima kuletwa ndani ya seli au tank shinikizo. Utaratibu huu pia unahitaji matumizi ya ziada ya nishati.
  • Betri za hidrojeni ni ghali kuzalisha na lazima ziwe za kudumu sana ili kuhimili shinikizo la juu ambalo hidrojeni lazima ihifadhiwe.

Faida za injini za hidrojeni

  • Betri za hidrojeni ni nyepesi kuliko betri za gari la umeme. Ndio maana matumizi yake katika usafiri mzito yanachunguzwa kama njia mbadala ya lori za umeme za betri. Ili kuweza kufikia umbali mkubwa, ni nzito sana.
  • Leo, kuchaji hidrojeni ni haraka kuliko kuchaji betri ya gari la umeme.
  • Tofauti na magari ya umeme ya betri, magari ya seli ya mafuta ya hidrojeni hayahitaji betri kubwa. Kwa hivyo, inahitaji lithiamu kidogo au vifaa vingine ambavyo vinaweza kuwa haba. Injini za mwako wa ndani wa haidrojeni hazihitaji moja kwa moja betri za lithiamu au betri zingine zinazofanana.
  • Seli za mafuta zinaweza kupanua maisha ya gari. Tofauti na betri, ambazo ni ghali kuchukua nafasi kutokana na ukubwa na uwezo wao. Betri zinazohusishwa na injini za hidrojeni ni ndogo na hivyo ni ghali kuzibadilisha.
  • Ikilinganishwa na injini za mafuta, injini za mafuta ya hidrojeni hutumia motors za umeme na kwa hiyo ni kimya sana.

Uchumi

jinsi injini ya mafuta ya hidrojeni inavyofanya kazi

Hasara ya injini za hidrojeni ni kwamba mizinga yao au seli za mafuta lazima ziwe na hidrojeni kwa shinikizo la juu sana. Hivyo, sehemu ya usambazaji lazima pia izingatie shinikizo la baa 700 ambazo inasaidia.

Hii inahitaji kujenga miundombinu ya usambazaji ili kuweza kujaza aina hii ya mafuta. Hiyo ilisema, ina maswala sawa na magari safi ya umeme. Walakini, operesheni ya kuongeza mafuta ni haraka zaidi kuliko hizi, kwani ni sawa na gari la LPG au GLC.

Magari yaliyo na injini za seli za mafuta ya hidrojeni kwa sasa yana safu sawa na petroli. Kwa mfano, Toyota Mirai ilitangaza kilomita 650 ikiwa na betri kamili, Hyundai Nexo km 756 na BMW iX5 Hydrogen 700 km.

Wengine kama Hopium Machina wametangaza umbali wa kilomita 1.000, ingawa idadi hiyo italazimika kuthibitishwa itakapotokea. Kwa hali yoyote, uhuru sio muhimu kama betri, kwa sababu kuongeza mafuta ni haraka sana. Jambo la kukumbuka ni idadi ya pointi za mafuta.

Wako salama?

Bidhaa zimekuwa zikifanya kazi kwenye aina hii ya injini kwa miaka ili kuboresha ufanisi wao, kupunguza gharama na, bila shaka, kuwafanya kuwa salama kama wale wanaotumia nishati ya mafuta.

Aidha, viwango vya usalama vinavyotakiwa na Ulaya, Marekani na Japan ni dhamana ya usalama wa magari yanayotumia hidrojeni. Bila kusema, Toyota inapongeza hilo tanki la gesi la Mirai ni gumu kiasi cha kuzuia risasi.

Je, tutaona siku ambapo magari yote yatatumia haidrojeni? Muda utaonyesha kila kitu. Ni wazi kuwa chapa zinaendelea kuwekeza na ina faida kadhaa ambazo zinaifanya kuwa mbadala mzuri kwa usafirishaji wa sifuri.

Natumaini kwamba kwa habari hii unaweza kujifunza zaidi kuhusu jinsi injini ya hidrojeni inavyofanya kazi, sifa zake, faida na hasara.


Yaliyomo kwenye kifungu hicho yanazingatia kanuni zetu za maadili ya uhariri. Kuripoti kosa bonyeza hapa.

Kuwa wa kwanza kutoa maoni

Acha maoni yako

Anwani yako ya barua si kuchapishwa.

*

*

  1. Kuwajibika kwa data: Miguel Ángel Gatón
  2. Kusudi la data: Kudhibiti SpAM, usimamizi wa maoni.
  3. Uhalali: Idhini yako
  4. Mawasiliano ya data: Takwimu hazitawasilishwa kwa watu wengine isipokuwa kwa wajibu wa kisheria.
  5. Uhifadhi wa data: Hifadhidata iliyohifadhiwa na Mitandao ya Occentus (EU)
  6. Haki: Wakati wowote unaweza kupunguza, kuokoa na kufuta habari yako.