Hidrogen mühərriki. Necə işləyir və mənfi cəhətləri

Daxili yanma mühərrikləri ayrı-ayrı güc vahidi kimi görünmədi. Daha doğrusu, klassik mühərrik istilik mühərriklərinin incəldilməsi və təkmilləşdirilməsi nəticəsində meydana gəldi. Avtomobillərin başlığı altında görməyə alışdığımız vahidin tədricən necə göründüyünü oxuyun. ayrı bir məqalədə.

Bununla birlikdə, daxili yanma mühərriki ilə təchiz edilmiş ilk avtomobil ortaya çıxdıqda, bəşəriyyət at kimi daimi qidalanma tələb etməyən özüyeriyən bir vasitə aldı. 1885-ci ildən bəri mühərriklərdə çox şey dəyişdi, ancaq bir çatışmazlıq dəyişməz olaraq qalır. Benzin (və ya digər yanacaq) və hava qarışığının yanması zamanı ətraf mühiti çirkləndirən çox zərərli maddə çıxır.

Əgər özüyeriyən nəqliyyat vasitələrinin gəlməsindən əvvəl Avropa ölkələrinin memarları böyük şəhərlərin at peyinində boğulacağından qorxsaydılar, bu gün meqapolis sakinləri çirkli hava ilə nəfəs alır.

Nəqliyyat üçün sərtləşdirilmiş ətraf mühit standartları vasitə istehsalçılarını daha təmiz bir güc aqreqatı inkişaf etdirməyə məcbur edir. Beləliklə, bir çox şirkət əvvəllər yaradılmış Anjos Jedlik texnologiyası ilə maraqlanır - 1828-ci ildə ortaya çıxan elektrik dartma üzərində özüyeriyən bir araba. Və bu gün bu texnologiya avtomobil dünyasında o qədər möhkəm bir şəkildə qurulmuşdur ki, elektrikli avtomobil və ya hibrid ilə heç kəsi təəccübləndirməyəcəksiniz.

Ancaq həqiqi mənada ürəkaçan şey yeganə çıxışı içməli su olan elektrik stansiyalarıdır. Bu hidrogen mühərrikidir.

Hidrogen mühərriki nədir?

Bu hidrogendən yanacaq kimi istifadə edən bir mühərrik növüdür. Bu kimyəvi elementin istifadəsi karbohidrogen ehtiyatlarının tükənməsini azaldacaqdır. Bu cür qurğulara olan marağın ikinci səbəbi ətraf mühitin çirklənməsinin azalmasıdır.

Nəqliyyatda hansı növ mühərrik istifadə ediləcəyinə görə, işi klassik daxili yanma mühərrikindən fərqlənəcək və ya eyni olacaqdır.

Qısa Tarix

Hidrogen daxili yanma mühərrikləri, ICE prinsipinin hazırlandığı və təkmilləşdirildiyi dövrdə meydana gəldi. Fransız mühəndis və ixtiraçı daxili yanma mühərrikinin öz versiyasını hazırladı. İnkişafında istifadə etdiyi yanacaq, H-nin elektrolizi nəticəsində ortaya çıxan hidrogendir₂A. 1807-ci ildə ilk hidrogen avtomobili meydana çıxdı.

Isaac De Rivaz, 1807-ci ildə hərbi texnika üçün bir traktor inkişaf etdirmək üçün patent verdi. hidrogendən enerji bloklarından biri kimi istifadə etməyi təklif etdi.

Güc bölməsi piston idi və içindəki alovlanma silindrdə bir qığılcım meydana gəlməsi səbəbiylə idi. Düzdür, ixtiraçının ilk yaradıcılığı əllə qığılcım istehsalına ehtiyac duyurdu. Yalnız iki ildən sonra işini yekunlaşdırdı və ilk özüyeriyən hidrogen maşını dünyaya gəldi.

Ancaq o dövrdə inkişafa əhəmiyyət verilmirdi, çünki qazın alınması və yığılması benzin qədər asan deyil. Leninqradda hidrogen mühərrikləri praktik olaraq 1941-ci ilin ikinci yarısından etibarən mühasirədə istifadə edilmişdir. Buna baxmayaraq, bunların yalnız hidrogen vahidləri olmadığını etiraf etməliyik. Bunlar adi GAZ daxili yanma mühərrikləri idi, yalnız onlar üçün yanacaq yox idi, amma o dövrdə balonlarla doldurulduqları üçün çoxlu qaz var idi.

80-ci illərin ilk yarısında, yalnız Avropa ölkələri deyil, Amerika, Rusiya və Yaponiya kimi bir çox ölkə bu tip qurğularla sınaqdan keçməyi öz öhdələrinə götürdülər. Beləliklə, 1982-ci ildə Kvant zavodu ilə RAF avtomobil müəssisəsinin birgə işi ilə hidrogen və hava qarışığı üzərində işləyən kombinə edilmiş bir motor meydana gəldi və enerji mənbəyi olaraq 5 kVt / saat batareyadan istifadə edildi.

O vaxtdan bəri, müxtəlif ölkələr "yaşıl" nəqliyyat vasitələrini model xəttlərinə tətbiq etməyə çalışdılar, lakin əksər hallarda bu cür nəqliyyat vasitələri ya prototip kateqoriyasında qaldı ya da çox məhdud bir buraxılışa sahib oldu.

Nasıl çalışır

Bu gün bu kateqoriyaya aid bir çox işləmə mühərriki olduğundan, hər bir halda hidrogen zavodu öz prinsipinə uyğun işləyəcəkdir. Klassik daxili yanma mühərriki əvəz edə biləcək bir modifikasiyanın necə işlədiyini düşünün.

Belə bir mühərrikdə yanacaq hüceyrələri mütləq istifadə ediləcəkdir. Elektrokimyəvi reaksiyanı aktivləşdirən bir növ generatorlardır. Cihazın içərisində hidrogen oksidləşir və reaksiya nəticəsində elektrik, su buxarı və azot sərbəst buraxılır. Belə bir qurğuda karbon dioksid yayılmır.

Bənzər bir vahidə əsaslanan bir vasitə eyni elektrikli vasitədir, yalnız içindəki batareya daha kiçikdir. Yanacaq hüceyrəsi bütün avtomobil sistemlərini idarə etmək üçün kifayət qədər enerji istehsal edir. Yalnız xəbərdarlıq budur ki, prosesin əvvəlindən enerji istehsalına qədər təxminən 2 dəqiqə çəkə bilər. Ancaq quraşdırmanın maksimum çıxışı, sistem ısındıqdan sonra başlayır və bu, dörddə bir saatdan 60 dəqiqəyə qədər davam edir.

Elektrik stansiyasının boş yerə işləməməsi üçün və nəqliyyat üçün əvvəlcədən nəqliyyat hazırlamaq lazım deyil, içərisində şərti bir batareya quraşdırılmışdır. Sürücülük edərkən sağlamlıq səbəbiylə şarj edilir və yalnız bir avtomobilin işə salınması üçün lazımdır.

Belə bir avtomobilə hidrogen vurulduğu müxtəlif həcmli bir silindr quraşdırılmışdır. İdarəetmə rejiminə, avtomobilin ölçüsünə və elektrik qurğusunun gücünə görə bir kiloqram qaz 100 kilometr yol qət edə bilər.

Hidrogen mühərriki növləri

Hidrogen mühərriklərinin bir neçə modifikasiyası olsa da, hamısı iki növə bölünür:

• Yanacaq hüceyrəsi olan vahid növü;
• Hidrogenlə işləmək üçün uyğunlaşdırılmış dəyişdirilmiş daxili yanma mühərriki.

Hər növü ayrıca nəzərdən keçirək: xüsusiyyətləri nələrdir.

Hidrogen yanacaq hüceyrələrinə əsaslanan elektrik stansiyaları

Yanacaq hüceyrəsi bir elektrokimyəvi prosesin baş verdiyi bir batareyanın prinsipinə əsaslanır. Hidrogen analoqu arasındakı fərq yalnız daha yüksək məhsuldarlıqdır (bəzi hallarda yüzdə 45-dən çox).

Yanacaq hüceyrəsi iki elementin yerləşdirildiyi tək bir kameradır: katot və anot. Hər iki elektrod platinlə (və ya paladyumla) örtülmüşdür. Aralarında bir membran yerləşir. Boşluğu iki kameraya bölür. Katodla birlikdə boşluğa oksigen, ikincisinə hidrogen verilir.

Nəticədə kimyəvi reaksiya meydana gəlir, nəticədə oksigen və hidrogen molekullarının elektrik enerjisi istehsal etməsi birləşir. Prosesin yan təsiri sərbəst buraxılan su və azotdur. Yanacaq hüceyrəsi elektrodları elektrik mühərriki də daxil olmaqla avtomobilin elektrik dövrəsinə qoşulur.

Hidrogen daxili yanma mühərrikləri

Bu vəziyyətdə, mühərrik hidrogen adlandırılsa da, şərti bir ICE ilə eyni bir quruluşa sahibdir. Yalnız fərq yanan benzin və ya propan deyil, hidrogendir. Bir silindrini hidrogenlə doldurursanız, onda bir problem var - bu qaz şərti bir vahidin səmərəliliyini təxminən yüzdə 60 azaldır.

Mühərriki təkmilləşdirmədən hidrogenə keçidlə bağlı bir neçə başqa problem:

• HTS sıxıldıqda, qaz yanma kamerası və pistonun hazırlandığı metal ilə kimyəvi reaksiyaya girəcək və bu, çox vaxt motor yağı ilə də baş verə bilər. Bu səbəbdən yanma kamerasında yaxşı bir yanma qabiliyyəti ilə seçilməyən başqa bir qarışıq meydana gəlir;
• Yanma kamerasındakı boşluqlar mükəmməl olmalıdır. Yanacaq sisteminin bir yerində ən azı minimum sızma varsa, isti obyektlərlə təmasda qaz asanlıqla alovlanır.

Honda Clarity üçün mühərrik

Bu səbəblərdən hidrogendən fırlanan mühərriklərdə yanacaq kimi istifadə etmək daha praktikdir (xüsusiyyətləri nədir, oxuyun burada). Bu cür vahidlərin giriş və egzoz manifoldları bir-birindən ayrı yerləşmişdir, beləliklə girişdəki qaz isinmir. Mühərriklər daha ucuz və ekoloji cəhətdən təmiz yanacağın istifadəsi problemlərini aradan qaldırmaq üçün modernləşdirildiyi müddətdə ola bilər.

Yanacaq hüceyrələrinin istismar müddəti nə qədərdir?

Bu gün bütün dünyada belə avtomobillər çox nadirdir və onlar hələ seriyalarda deyil, bu enerji mənbəyinin hansı mənbəyə sahib olduğunu söyləmək çətindir. Sənətkarların hələ bu mövzuda təcrübəsi yoxdur.

Deyilə biləcək yeganə şey, Toyota nümayəndələrinin fikrincə, istehsal etdikləri avtomobil Mirai -nin yanacaq kamerası fasiləsiz olaraq 250 min kilometrə qədər enerji istehsal edə bilir. Bu mərhələdən sonra cihazın effektivliyini izləmək lazımdır. Performansı nəzərəçarpacaq dərəcədə azalmışdırsa, yanacaq hüceyrəsi səlahiyyətli bir xidmət mərkəzində dəyişdirilir. Düzdür, şirkətin bu prosedur üçün layiqli bir məbləğ alacağını gözləmək lazımdır.

Artıq hansı şirkətlər hidrogen maşınları hazırlayır və ya hazırlayacaq?

Bir çox şirkət ekoloji cəhətdən təmiz bir enerji blokunun inkişafı ilə məşğul olur. Dizayn bürosunda onsuz da işləmə variantları olan və seriyalara çıxmağa hazır olan avtomobil markaları:

• Mercedes-Benz, satışına 2018-ci ildə başlandığı elan edilən, lakin indiyədək Almaniyanın yalnız bir neçə müəssisəsi və nazirliyi tərəfindən alınmış bir GLC F-Cell krossoveridir. GenH2 adlı bir hidrogen yanacaq hüceyrə traktorunun prototipi bu yaxınlarda təqdim edildi;
• Hyundai - Nexo prototipi iki il əvvəl təqdim edildi;
• BMW, montaj xəttindən çıxarılan hidrogen hidrogen 7 -nin prototipidir. 100 nüsxə partiyası sınaq mərhələsində qaldı, amma bu artıq bir şeydir.

Həm Amerikada, həm də Avropada satın alına bilən stok avtomobilləri arasında sırasıyla Toyota və Honda-dan Mirai və Clarity modelləri var. Digər şirkətlər üçün bu inkişaf hələ rəsm versiyasında və ya işləməyən bir prototip şəklindədir.

Toyota mirai

Honda aydınlığı

Hidrogenlə işləyən avtomobil nə qədərdir?

Bir hidrogen avtomobilinin qiyməti yaxşıdır. Bunun səbəbi yanacaq hüceyrələrinin (paladyum və ya platin) elektrodlarını təşkil edən qiymətli metallardır. Ayrıca, müasir bir avtomobil, saysız-hesabsız təhlükəsizlik sistemləri və elektrik elementlərinin işini sabitləşdirməklə təchiz olunmuşdur ki, bu da maddi mənbələrə ehtiyac duyur.

Baxmayaraq ki, belə bir avtomobilin istismarı (yanacaq hüceyrələri dəyişdirilənə qədər) son nəsillərin adi bir avtomobilindən çox bahalı deyil. Hidrogen istehsalına sponsorluq edən ölkələr var, amma bunu nəzərə alsaq da, bir kiloqram qaz üçün orta hesabla 11 yarım dollar ödəməlisiniz. Mühərrikin növündən asılı olaraq, bu, təxminən yüz kilometr məsafəyə kifayət edə bilər.

Hidrogen avtomobilləri niyə elektrikli avtomobillərdən daha yaxşıdır?

Yanacaq hüceyrələri olan bir hidrogen zavodu götürsəniz, belə bir avtomobil yollarda görməyə öyrəşdiyimiz elektrik avtomobili ilə eyni olacaqdır. Yalnız fərq elektrikli avtomobilin şəbəkədən və ya bir yanacaqdoldurma məntəqəsindəki bir terminaldan yüklənməsidir. Hidrogen nəqlinin özü özü üçün elektrik enerjisi istehsal edir.

Bu cür avtomobillərin qiymətinə gəldikdə, onlar daha bahalıdır. Məsələn, əsas konfiqurasiyadakı Tesla modelləri 45 min dollardan başa gələcək. Yaponiyadan hidrogen analoqlarını 57 min kub üçün almaq olar. Bavyeralılar isə maşınlarını "yaşıl" yanacaqla 50 min dollara satırlar.

Praktikliyi nəzərə alsaq, avtomobili qazla doldurmaq (təxminən beş dəqiqə çəkəcək) dayanacaqda yarım saat (hər növ batareyaya icazə verilməyən sürətli şarjla) gözləməkdən asandır. Bu hidrogen bitkilərinin artıdır.

Digər bir artı - yanacaq hüceyrələrinin xüsusilə baxımına ehtiyac yoxdur və işləmə müddəti olduqca böyükdür. Elektrikli nəqliyyat vasitələrinə gəldikdə, onların böyük batareyaları, bir çox şarj boşaltma dövrü olduğu üçün təxminən beş il ərzində dəyişdirilməsini tələb edəcəkdir. Dondurucu temperaturlarda, elektrikli avtomobillərdəki batareya yayda olduğundan daha sürətli boşalır. Ancaq hidrogen oksidləşmə reaksiyası elementi bundan əziyyət çəkmir və sabit şəkildə elektrik enerjisi istehsal edir.

Hidrogen avtomobillərinin perspektivləri nədir və yolda nə vaxt görünəcəklər?

Avropada və ABŞ-da hidrogen maşını onsuz da tapıla bilər. Ancaq yenə də maraq kateqoriyasındadırlar. Və bu gün çox perspektiv yoxdur.

Bu nəqliyyat növünün tezliklə bütün ölkələrin yollarını doldurmayacağının əsas səbəbi istehsal gücünün olmamasıdır. Birincisi, hidrogen istehsalının qurulması lazımdır. Üstəlik, elə bir səviyyəyə çatmaq lazımdır ki, ekoloji cəhətdən təmizliyi ilə yanaşı, əksər sürücülərin istifadə edə biləcəyi yanacaqdır. Bu qazın istehsalına əlavə olaraq onun nəqlini də təşkil etmək lazımdır (baxmayaraq ki, bunun üçün metanın nəql olunduğu magistral yollardan etibarlı istifadə edə bilərsiniz) və bir çox yanacaqdoldurma məntəqələrini müvafiq terminallarla təchiz etmək lazımdır.

İkincisi, hər bir avtomobil istehsalçısı çox investisiya tələb edən istehsal xəttlərini ciddi şəkildə modernləşdirməlidir. Qlobal epidemiyanın baş verməsi səbəbindən qeyri-sabit iqtisadiyyatda az adam bu cür riskə gedəcəkdir.

Elektrik nəqliyyatının inkişaf tempinə baxırsınızsa, populyarlaşma prosesi çox sürətlə baş verdi. Bununla birlikdə, elektrikli avtomobillərin populyarlığının səbəbi yanacağa qənaət etmək qabiliyyətidir. Və bu, ətraf mühiti qorumaq üçün deyil, satın alınmalarının ilk səbəbidir. Hidrogen məsələsində, pul qazanmaq mümkün olmayacaq (heç olmasa indi), çünki istehsalına daha çox enerji sərf olunur.

Hidrogen mühərriklərinin üstünlükləri və əsas çatışmazlıqları

Beləliklə, ümumiləşdirək. Hidrogen yanacaq mühərriklərinin üstünlüklərinə aşağıdakı amillər daxildir:

• Ekoloji təmiz emissiya;
• Güc blokunun səssiz işləməsi (elektrik dartması);
• Bir yanacaq hüceyrəsinin istifadəsi halında, tez-tez baxım tələb olunmur;
• Sürətli yanacaq doldurma;
• Elektrikli nəqliyyat vasitələri ilə müqayisədə, sürücülük sistemi və enerji mənbəyi dondurma istiliyində belə daha sabit işləyir.

İnkişafa bir yenilik deyilə bilməməsinə baxmayaraq, yenə də orta motoristi buna diqqətli baxmağa vadar edən bir sıra çatışmazlıqlar var. Bunlardan bəziləri:

• Hidrogenin alovlanması üçün qaz halında olmalıdır. Bu, müəyyən çətinliklər yaradır. Məsələn, yüngül qazları sıxmaq üçün xüsusi bahalı kompressorlar tələb olunur. Yanacağın yüksək dərəcədə alovlandığı üçün düzgün saxlanması və daşınması ilə bağlı problem də var;
• Avtomobildə quraşdırılacaq silindrin vaxtaşırı yoxlanılması lazımdır. Bunu etmək üçün avtomobil sürücüsünün ixtisaslaşmış bir mərkəzə getməsi lazımdır və bu əlavə bir xərcdir;
• Bir hidrogen avtomobilində böyük bir batareya istifadə edilmir, bununla birlikdə quraşdırma hələ də yaxşı bir ağırlığa malikdir və bu da avtomobilin dinamik xüsusiyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə təsir edir;
• Hidrogen - ən kiçik bir qığılcımda alovlanır, buna görə də belə bir avtomobilin iştirakı ilə baş verən qəza ciddi bir partlayışla müşayiət olunacaqdır. Bəzi sürücülərin öz təhlükəsizliyinə və digər yol istifadəçilərinin həyatına məsuliyyətsiz yanaşdıqlarını nəzərə alsaq, bu cür nəqliyyat vasitələri hələ yollara buraxıla bilməz.

Bəşəriyyətin təmiz bir mühitə marağını nəzərə alaraq, "yaşıl" nəqliyyatın sona çatdırılması məsələsində bir irəliləyiş olacağı gözlənilir. Ancaq bu baş verəndə bunu zaman göstərəcək.

Bu vaxt Toyota Mirai-də video icmalına baxın:

Hidrogenlə gələcək? Toyota Mirai - TAM ŞƏRHLƏR və Xüsusiyyətlər | LiveFEED®

Suallar və cavablar:

Hidrogen mühərriki niyə təhlükəlidir? Hidrogen qarışığının yanması zamanı mühərrik benzinin yanması zamanı olduğundan daha çox qızdırılır. Nəticədə, pistonların, klapanların yanması və qurğunun həddindən artıq yüklənməsi ehtimalı yüksəkdir.

Bir hidrogen avtomobilinə necə yanacaq doldurmaq olar? Belə bir avtomobil qaz halında (mayeləşdirilmiş və ya sıxılmış qaz) hidrogenlə doldurulur. Yanacağın saxlanması üçün 350-700 atmosferə qədər sıxılır və temperatur -259 dərəcəyə çata bilər.

Hidrogen daxili yanma mühərriki necə işləyir? Avtomobil bir növ akkumulyatorla təchiz olunub. Oksigen və hidrogen xüsusi lövhələrdən keçir. Nəticə su buxarının və elektrikin buraxılması ilə kimyəvi reaksiyadır.