Ang mga hydrogen engine ay patuloy na isa sa mga hinaharap na taya ng industriya ng automotive. Ang operasyon nito ay nagbigay sa kanya ng isang serye ng mga pakinabang, na pinapanatili itong nakalutang sa kabila ng mga pagkabigo nito. Sa layuning ito, ang Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford at iba pang mga tatak ay namuhunan nang malaki sa teknolohiyang ito. Ang mga makinang gumagamit ng hydrogen ay kinabibilangan ng mga internal combustion engine at fuel cell conversion engine. Maraming tao ang hindi nakakaalam paano gumagana ang isang hydrogen engine at ang kani-kanilang mga pakinabang at disadvantages.
Para sa kadahilanang ito, ilalaan namin ang artikulong ito sa pagsasabi sa iyo kung paano gumagana ang isang step-by-step na hydrogen engine, kung ano ang mga katangian nito at ang kahalagahan nito para sa mundo ng motor.
Paano gumagana ang isang hydrogen combustion engine?
Ang mga makinang ito ay gumagamit ng hydrogen bilang gasolina. Ibig sabihin, sinusunog nila ito sa isang combustion chamber para makalikha ng pagsabog (kinetic energy at init). Dahil dito, ang mga conventional gasoline engine ay maaaring iakma upang magsunog ng hydrogen bilang karagdagan sa LPG o CNG.
Ang pagpapatakbo ng makinang ito ay halos kapareho ng sa isang makina ng gasolina. Ang hydrogen ay ginagamit bilang gasolina at oxygen bilang oxidant. Ang kemikal na reaksyon ay pinasimulan ng isang spark at ang isang spark plug ay maaaring makagawa ng isang spark. Ang hydrogen ay walang carbon atoms, kaya ang reaksyon ay ang dalawang molekula ng hydrogen ay pinagsama sa isang molekula ng oxygen, na naglalabas ng enerhiya at tubig.
Ang resulta ng kemikal na reaksyon nito ay simpleng singaw ng tubig. Gayunpaman, ang mga hydrogen combustion engine ay gumagawa ng ilang mga emisyon sa panahon ng kanilang operasyon. Halimbawa, maliit na halaga ng NOx mula sa hangin at init mula sa combustion chamber, o mga emisyon mula sa pagsunog ng ilang langis sa pamamagitan ng mga piston ring.
Dahil ang hydrogen ay isang gas, ito ay nakaimbak sa isang tangke na may presyon na 700 bar. Ito ay 350 hanggang 280 beses na mas mataas kaysa sa normal na presyon ng gulong ng kotse. (2 hanggang 2,5 bar). Bagaman mayroon ding mga kotse na nag-iimbak ng hydrogen sa likidong anyo sa napakababang temperatura, tulad ng ipinapakita sa ibaba.
Ang mga hydrogen combustion engine ay nag-aalok ng ilang kawili-wiling mga kalamangan sa kumbensyonal na combustion engine. Halimbawa, maaari nilang theoretically gumamit ng napakahusay na mixtures (Lambda malapit sa 2). Iyon ay, maaari silang gumamit ng napakakaunting gasolina upang magamit ang lahat ng papasok na hangin at maging napakahusay.
Halimbawa ng kung paano gumagana ang isang hydrogen combustion engine
Ang isang magandang halimbawa ng isang hydrogen engine ay ang BMW 750hl, na dumating sa merkado noong 2000. Bagama't ito ay talagang isang BMW petrol engine, ito rin ay may kakayahang magsunog ng hydrogen.
Gayunpaman, mayroon itong ilang mga disbentaha: Una, nag-iimbak ito ng hydrogen sa likidong anyo. Nangangailangan ito ng napakamahal na tangke na gawa sa mga materyales mula sa sektor ng aerospace upang mapanatili ang temperatura nito sa ibaba -250ºC. Magagawa lamang ito sa loob ng 12 hanggang 14 na araw, kung saan ang hydrogen ay unti-unting sumingaw at ligtas na nailalabas sa atmospera. Ang pangalawang kawalan ay ang paggamit ng hydrogen ay nawalan ka ng maraming kapangyarihan at kahusayan. Ang susunod na BMW Hydrogen 7 mula 2005 ay bahagyang nalutas ang mga problemang ito at pinataas ang presyon ng hydrogen sa 700 bar nang hindi pinananatiling malamig.
Ang isa pang magandang halimbawa ay ang Aquarius hydrogen engine. Isang fossil fuel engine na binuo ng isang kumpanyang Israeli na angkop para sa paggamit ng hydrogen. Ang unang functional na bersyon ay ipinakilala noong 2014 at mula noon ay lumitaw ang isang binago at pinahusay na bersyon. Ayon sa mga developer nito, maaari itong gumana nang walang lubricating oil at mayroon isang sistema ng pagpapalitan ng gas upang bawasan ang mga paglabas ng NOx.
Bilang karagdagan, ang hydrogen internal combustion engine ay magaan at may kaunting mga bahagi, na ginagawang mura ang paggawa. Maaari itong magamit bilang isang range extender para sa mga de-kuryenteng sasakyan o bilang isang generator para sa network.
Paano gumagana ang isang hydrogen fuel cell engine?
Ang buong pangalan nito ay isang fuel cell na na-convert na hydrogen engine. Sa kabila ng salitang "gasolina", hindi sila nagsusunog ng hydrogen. Ginagamit nila ito upang makabuo ng kuryente sa pamamagitan ng reverse process ng electrolysis. Iyon ang dahilan kung bakit nagdadala sila ng mga baterya para sa mga reaksiyong kemikal, tulad ng sa isang hydrogen combustion engine, kung saan Ang hydrogen ay nakaimbak sa mga tangke na may presyon na 700 bar.
Kaya lang imbes na i-feed sa motor, dumadaan pa ito sa anode at cathode (parang battery) papunta sa fuel cell. Pagdating doon, ang hydrogen gas (H2) ay dumadaan sa lamad at hinahati ito sa dalawang hydrogen ions. Hydrogen at dalawang libreng electron. Ang mga electron na ito ay pumasa mula sa anode patungo sa katod ng baterya sa pamamagitan ng panlabas na circuit, na lumilikha ng isang de-koryenteng kasalukuyang. Ang mga hydrogen ions na ginawa ay pinagsama sa oxygen mula sa hangin upang bumuo ng tubig.
Para sa kadahilanang ito, ang isang hydrogen fuel cell engine ay zero emissions, dahil hindi ito gumagawa ng NOx o ang mga gas na nalilikha kapag nagsusunog ng langis tulad ng panloob na combustion engine. Ang mga diaphragm na ginamit sa mga makinang ito ay gawa sa platinum at mahal. Gayunpaman, mayroong trabaho upang matugunan ang mataas na gastos na ito. Halimbawa, sa Teknikal na Unibersidad ng Berlin sila ay nakabuo ng isang ferroalloy na, kung ilalagay sa produksyon, ay lubos na makakabawas sa mga gastos.
Mga disadvantages ng hydrogen engine
- Mga katalista na ginagamit sa mga reaksiyong kemikal ng hydrogen fuel cell engine ay ginawa mula sa mga mamahaling materyales, tulad ng platinum. Hindi bababa sa hanggang sa mapalitan ito ng mas murang alternatibo, tulad ng binanggit sa TU Berlin.
- Upang makakuha ng hydrogen, dapat itong gawin sa pamamagitan ng mga prosesong thermochemical ng fossil fuels o sa pamamagitan ng electrolysis ng tubig, na nangangailangan ng pagkonsumo ng enerhiya. Ang pangunahing pintas ng mga hydrogen engine, dahil ang kuryente ay maaaring maimbak nang direkta sa baterya ng isang de-koryenteng sasakyan para magamit.
- Kapag nakuha ang hydrogen, dapat ipasok sa isang cell o pressure tank. Ang prosesong ito ay nangangailangan din ng karagdagang paggasta ng enerhiya.
- Ang mga baterya ng hydrogen ay mahal upang makagawa at dapat na napakatibay upang mapaglabanan ang mataas na presyon kung saan ang hydrogen ay dapat na nakaimbak.
Mga kalamangan ng hydrogen engine
- Ang mga baterya ng hydrogen ay mas magaan kaysa sa mga baterya ng de-kuryenteng sasakyan. Kaya naman ang paggamit nito sa mabigat na transportasyon ay iniimbestigahan bilang alternatibo sa mga de-kuryenteng trak na may baterya. Upang masakop ang malalayong distansya, napakabigat ng mga ito.
- Ngayon, ang pag-charge ng hydrogen ay mas mabilis kaysa sa pag-charge ng electric car battery.
- Hindi tulad ng mga de-koryenteng sasakyan ng baterya, ang mga sasakyang hydrogen fuel cell ay hindi nangangailangan ng malalaking baterya. Samakatuwid, nangangailangan ito ng mas kaunting lithium o iba pang mga materyales na maaaring kulang. Ang mga hydrogen internal combustion engine ay hindi direktang nangangailangan ng mga baterya ng lithium o iba pang katulad na mga baterya.
- Ang mga fuel cell ay maaaring pahabain ang buhay ng isang kotse. Hindi tulad ng mga baterya, na mahal na palitan dahil sa kanilang laki at kapasidad. Ang mga baterya na nauugnay sa mga hydrogen engine ay mas maliit at samakatuwid ay mas mura upang palitan.
- Kung ikukumpara sa mga fossil fuel engine, ang mga hydrogen fuel cell engine ay gumagamit ng mga de-kuryenteng motor at samakatuwid ay napakatahimik.
Autonomy
Ang kawalan ng hydrogen engine ay ang kanilang mga tangke o fuel cell ay dapat maglaman ng hydrogen sa napakataas na presyon. kaya, ang supply point ay dapat ding sumunod sa presyon ng 700 bar na sinusuportahan nito.
Nangangailangan ito ng pagbuo ng isang imprastraktura ng suplay upang makapag-refuel sa ganitong uri ng sasakyan. Iyon ay sinabi, mayroon itong parehong mga isyu tulad ng mga purong electric vehicle. Gayunpaman, ang pagpapatakbo ng refueling ay mas mabilis kaysa sa mga ito, dahil ito ay kapareho ng isang LPG o GLC na sasakyan.
Ang mga sasakyan na kasalukuyang nilagyan ng mga hydrogen fuel cell engine ay may hanay na katulad ng gasolina. Halimbawa, inihayag ng Toyota Mirai ang 650 km na may buong baterya, ang Hyundai Nexo 756 km at ang BMW iX5 Hydrogen 700 km.
Ang iba pang tulad ng Hopium Machina ay nag-anunsyo ng hanay na 1.000 km, bagama't ang bilang na iyon ay kailangan na ngayong kumpirmahin kapag nangyari ito. Sa anumang kaso, ang awtonomiya ay hindi kasinghalaga ng baterya, dahil mas mabilis ang refueling. Ang bagay na dapat tandaan ay ang bilang ng mga puntos ng gasolina.
Ligtas sila?
Ang mga tatak ay nagtatrabaho sa ganitong uri ng makina sa loob ng maraming taon upang pagbutihin ang kanilang kahusayan, bawasan ang mga gastos at, siyempre, gawin silang ligtas tulad ng mga tumatakbo sa fossil fuels.
Bilang karagdagan, ang mga pamantayan sa kaligtasan na kinakailangan ng Europa, Estados Unidos at Japan ay ang garantiya ng kaligtasan ng mga sasakyang pinapagana ng hydrogen. Hindi na kailangang sabihin, ipinagmamalaki iyon ng Toyota ang tangke ng gas ng Mirai ay sapat na matigas upang maging bulletproof.
Makakakita ba tayo ng isang araw kapag ang lahat ng mga kotse ay tumatakbo sa hydrogen? Ipapakita ng oras ang lahat. Malinaw na ang mga tatak ay patuloy na namumuhunan at mayroon itong ilang mga pakinabang na ginagawa itong isang makatwirang alternatibo sa zero emission transport.
Umaasa ako na sa impormasyong ito maaari kang matuto nang higit pa tungkol sa kung paano gumagana ang isang hydrogen engine, ang mga katangian, mga pakinabang at kawalan nito.