Brintmotor. Hvordan det fungerer og ulemper
Indhold
- Hvad er en brintmotor?
- En kort historie
- Sådan virker det
- Brintmotortyper
- Hvor lang er brændselscellernes levetid?
- Hvilke virksomheder fremstiller allerede eller vil fremstille brintbiler?
- Hvor meget koster en brintdrevet bil?
- Hvorfor er brintbiler bedre end elbiler?
- Hvad er udsigterne for brintbiler, og hvornår kan de ses på vejen?
- Fordele og største ulemper ved brintmotorer
- Spørgsmål og svar:
Forbrændingsmotorer optrådte ikke dramatisk som separate drivlinjer. Den klassiske motor kom snarere som et resultat af forbedring og forbedring af varmemotorer. Læs om, hvordan enheden, som vi er vant til at se under motorhjelmen, gradvist dukkede op. i en separat artikel.
Men da den første bil udstyret med en forbrændingsmotor dukkede op, modtog menneskeheden et selvkørende køretøj, der ikke krævede konstant fodring, som en hest. Mange ting har ændret sig i motorer siden 1885, men en ulempe forbliver uændret. Under forbrændingen af en blanding af benzin (eller andet brændstof) og luft frigøres for mange skadelige stoffer, der forurener miljøet.
Hvis arkitekterne i europæiske lande før fremkomsten af selvkørende køretøjer frygtede, at store byer ville drukne i hestemøller, trækker indbyggerne i megabyer ind i dag snavset luft.
Stramning af miljøstandarder for transport tvinger bilproducenter til at udvikle et renere drivaggregat. Så mange virksomheder blev interesserede i den tidligere skabte teknologi fra Anjos Jedlik - en selvkørende vogn med elektrisk trækkraft, der dukkede tilbage i 1828. Og i dag er denne teknologi blevet så fast etableret i bilverdenen, at du ikke vil overraske nogen med en elbil eller en hybrid.
Men hvad der virkelig er opmuntrende, er kraftværkerne, hvis eneste frigivelse er drikkevand. Det er en brintmotor.
Hvad er en brintmotor?
Dette er en type motor, der bruger brint som brændstof. Anvendelsen af dette kemiske element reducerer udtømningen af carbonhydridressourcer. Den anden grund til interessen for sådanne installationer er reduktionen af miljøforurening.
Afhængig af hvilken type motor der skal bruges til transport, vil dens drift afvige fra den klassiske forbrændingsmotor eller være identisk.
En kort historie
Brintforbrændingsmotorer dukkede op i samme periode, da ICE-princippet blev udviklet og forbedret. En fransk ingeniør og opfinder designet sin egen version af en forbrændingsmotor. Brændstoffet, som han brugte i sin udvikling, er brint, der vises som et resultat af elektrolyse af H2A. I 1807 dukkede den første brintbil op.
Motorenheden var stempel, og antændelsen i den skyldtes dannelsen af en gnist i cylinderen. Sandt nok havde den første oprettelse af opfinderen brug for manuel generering af gnister. Efter kun to år afsluttede han sit arbejde, og det første selvkørende brintkøretøj blev født.
Men på det tidspunkt fik udviklingen ikke betydning, fordi gas ikke er så let at få og opbevare som benzin. Brintmotorer blev praktisk taget brugt i Leningrad under blokaden fra anden halvdel af 1941. Selvom vi må indrømme, at disse ikke udelukkende var brint enheder. Disse var almindelige GAZ-forbrændingsmotorer, kun der var ikke noget brændstof til dem, men der var masser af gas på det tidspunkt, da de blev drevet af balloner.
I første halvdel af 80'erne forpligtede mange lande, ikke kun europæiske lande, men også Amerika, Rusland og Japan sig til at eksperimentere med denne type installationer. Så i 1982, under det fælles arbejde med Kvant-anlægget og RAF-bilvirksomheden, dukkede en kombineret motor op, der kørte på en blanding af brint og luft, og et 5 kW / h-batteri blev brugt som energikilde.
Siden da har forskellige lande forsøgt at indføre "grønne" køretøjer i deres modelinjer, men i de fleste tilfælde forblev sådanne biler enten i prototypekategorien eller havde en meget begrænset udgave.
Sådan virker det
Da der i dag er mange motorer i denne kategori, vil brintanlægget fungere efter sit eget princip i hvert enkelt tilfælde. Overvej, hvordan en ændring fungerer, der kan erstatte den klassiske forbrændingsmotor.
I en sådan motor vil brændselsceller bestemt blive brugt. De er en slags generatorer, der aktiverer en elektrokemisk reaktion. Inde i enheden oxideres brint, og resultatet af reaktionen er frigivelsen af elektricitet, vanddamp og nitrogen. Kuldioxid udsendes ikke i en sådan installation.
Et køretøj baseret på en lignende enhed er det samme elektriske køretøj, kun batteriet i det er meget mindre. Brændselscellen genererer nok energi til at drive alle køretøjssystemer. Det eneste forbehold er, at det fra begyndelsen af processen til energiproduktionen kan tage cirka 2 minutter. Men installationens maksimale output begynder, når systemet er opvarmet, hvilket tager fra en kvart time til 60 minutter.
For at kraftværket ikke fungerer forgæves, og det ikke er nødvendigt at forberede transporten til turen på forhånd, er der installeret et konventionelt batteri i det. Under kørslen genoplades den på grund af restitution, og den er udelukkende nødvendig for at starte en bil.
En sådan bil er udstyret med en cylinder med forskellige volumener, hvori der pumpes brint. Afhængigt af køremåde, størrelsen på bilen og kraften i den elektriske installation kan et kilo gas være nok til 100 kilometer rejse.
Brintmotortyper
Selvom der er flere ændringer af brintmotorer, falder de alle i to typer:
- Type enhed med brændselscelle;
- Modificeret forbrændingsmotor, tilpasset til at drive brint.
Lad os overveje hver type separat: hvad er deres funktioner.
Kraftværker baseret på brintbrændselsceller
Brændselscellen er baseret på princippet om et batteri, hvor en elektrokemisk proces finder sted. Den eneste forskel mellem brintanalogen er dens højere effektivitet (i nogle tilfælde mere end 45 procent).
Brændselscellen er et enkelt kammer, hvori to elementer er placeret: katoden og anoden. Begge elektroder er belagt med platin (eller palladium). En membran er placeret mellem dem. Det opdeler hulrummet i to kamre. Ilt tilføres hulrummet med katoden, og brint tilføres det andet.
Som et resultat opstår en kemisk reaktion, hvis resultat er kombinationen af ilt- og brintmolekyler med frigivelse af elektricitet. En bivirkning ved processen er frigivet vand og kvælstof. Brændselscelleelektroderne er forbundet til bilens elektriske kredsløb, inklusive elmotoren.
Forbrændingsmotorer med brint
I dette tilfælde, selvom motoren kaldes brint, har den en identisk struktur som en konventionel ICE. Den eneste forskel er, at det ikke er benzin eller propan, der brænder, men brint. Hvis du fylder cylinderen med brint, er der et problem - denne gas reducerer effektiviteten af en konventionel enhed med omkring 60 procent.
Her er et par andre problemer med at skifte til brint uden at opgradere motoren:
- Når HTS komprimeres, indgår gassen i en kemisk reaktion med metallet, hvorfra forbrændingskammeret og stempelet er fremstillet, og ofte kan dette også ske med motorolie. På grund af dette dannes en anden forbindelse i forbrændingskammeret, som ikke skelnes af en særlig evne til at brænde godt;
- Hullerne i forbrændingskammeret skal være perfekte. Hvis brændstofsystemet et eller andet sted har mindst mulig lækage, vil gassen let antænde ved kontakt med varme genstande.
Af disse grunde er det mere praktisk at bruge brint som brændstof i roterende motorer (hvad er deres funktion, læs her). Indsugnings- og udstødningsmanifoldene på sådanne enheder er placeret adskilt fra hinanden, så gassen ved indløbet opvarmes ikke. Sådan som det kan, mens motorerne moderniseres for at omgå problemerne med at bruge billigere og mere miljøvenligt brændstof.
Hvor lang er brændselscellernes levetid?
Overalt i verden i dag er sådanne biler meget sjældne, og de er endnu ikke i serien, det er svært at sige, hvilken ressource denne energikilde har. Håndværkere har endnu ingen erfaring i denne henseende.
Det eneste, der kan siges, er, at ifølge Toyota -repræsentanter er brændselscellen i deres produktionsbil Mirai i stand til uafbrudt at generere energi op til 250 tusinde kilometer. Efter denne milepæl skal du overvåge enhedens effektivitet. Hvis dens ydelse er faldet mærkbart, ændres brændselscellen på et autoriseret servicecenter. Sandt nok bør man forvente, at virksomheden vil tage et anstændigt beløb for denne procedure.
Hvilke virksomheder fremstiller allerede eller vil fremstille brintbiler?
Mange virksomheder er involveret i udviklingen af en miljøvenlig kraftenhed. Her er bilmærkerne, i designbureauet, hvor der allerede er arbejdsmuligheder, klar til at gå i serie:
- Mercedes-Benz er en GLC F-Cell crossover, hvis salg start blev annonceret i 2018, men indtil videre har kun få virksomheder og ministerier i Tyskland erhvervet den. En prototype brintbrændselscelle-trækker, GenH2, blev for nylig afsløret;
- Hyundai - Nexo prototype introduceret for to år siden;
- BMW er en prototype af hydrogen Hydrogen 7, som blev frigivet fra samlebåndet. Et parti på 100 eksemplarer forblev på forsøgsfasen, men dette er allerede noget.
Blandt de stockbiler, der kan købes i Amerika og Europa, er henholdsvis Mirai og Clarity-modellerne fra Toyota og Honda. For andre virksomheder er denne udvikling stadig enten i tegningsversionen eller som en ikke-fungerende prototype.
Hvor meget koster en brintdrevet bil?
Omkostningerne ved en brintbil er anstændige. Årsagen til dette er de ædle metaller, der er en del af elektroderne i brændselsceller (palladium eller platin). En moderne bil er også udstyret med utallige sikkerhedssystemer og stabilisering af driften af elektriske elementer, hvilket også kræver materielle ressourcer.
Selvom vedligeholdelsen af en sådan bil (indtil brændselscellerne udskiftes) ikke er meget dyrere end en konventionel bil fra de nyeste generationer. Der er lande, der sponsorerer produktionen af brint, men selv når man tager dette i betragtning, skal man i gennemsnit betale 11 og en halv dollar pr. Kilo gas. Afhængigt af motortypen kan dette være nok til en afstand på cirka hundrede kilometer.
Hvorfor er brintbiler bedre end elbiler?
Hvis du tager et brintanlæg med brændselsceller, vil en sådan bil være identisk med den elektriske bil, som vi er vant til at se på vejene. Den eneste forskel er, at elbilen oplades fra netværket eller fra en terminal på en tankstation. Selve brintransporten genererer elektricitet til sig selv.
Med hensyn til omkostningerne ved sådanne biler er de dyrere. For eksempel koster de basale Tesla-modeller fra 45 tusind dollars. Brintanaloger fra Japan kan købes for 57 tusind cu. Bayern på den anden side sælger deres biler på "grønt" brændstof til en pris på 50 tusind dollars.
I betragtning af det praktiske er det lettere at fylde bilen med gas (det tager cirka fem minutter) end at vente en halv time (med hurtig opladning, hvilket ikke er tilladt for alle typer batterier) på parkeringspladsen. Dette er plus af brintplanter.
Et andet plus - brændselsceller har ikke særlig brug for vedligeholdelse, og deres levetid er ret stor. Hvad angår elektriske køretøjer, skal deres enorme batteri udskiftes om cirka fem år på grund af det faktum, at det har mange opladningscyklusser. Ved frost aflades batteriet i elektriske køretøjer meget hurtigere end om sommeren. Men elementet i reaktionen af hydrogenoxidation lider ikke under dette og producerer stabilt elektricitet.
Hvad er udsigterne for brintbiler, og hvornår kan de ses på vejen?
I Europa og USA kan brintbilen allerede findes. De er dog stadig i nysgerrighedskategorien. Og i dag er der ikke mange udsigter.
Hovedårsagen til, at denne type transport ikke snart vil fylde vejene i alle lande, er manglen på produktionskapacitet. For det første er det nødvendigt at etablere brintproduktion. Desuden er det nødvendigt at nå et sådant niveau, at det ud over miljøvenlighed også er brændstof til rådighed for de fleste bilister. Ud over produktionen af denne gas er det nødvendigt at organisere transporten (selvom du til dette sikkert kan bruge motorveje, hvor metan transporteres), samt udstyre mange tankstationer med passende terminaler.
For det andet bliver hver bilproducent nødt til alvorligt at modernisere produktionslinjer, hvilket kræver en masse investeringer. I en ustabil økonomi på grund af udbruddet af en global epidemi vil kun få tage sådanne risici.
Hvis man ser på tempoet i udviklingen af elektrisk transport, fandt populariseringsprocessen sted meget hurtigt. Årsagen til populariteten af elbiler er dog evnen til at spare på brændstof. Og dette er ofte den første grund til, at de købes, og ikke for at bevare miljøet. I tilfælde af brint vil det ikke være muligt at spare penge (i det mindste nu), fordi der bruges meget mere energi på dets produktion.
Fordele og største ulemper ved brintmotorer
Så lad os sammenfatte. Fordelene ved brændstofmotorer inkluderer følgende faktorer:
- Miljøvenlig emission
- Lydløs drift af kraftenheden (elektrisk trækkraft);
- I tilfælde af brug af en brændselscelle er hyppig vedligeholdelse ikke påkrævet.
- Hurtig tankning
- Sammenlignet med elektriske køretøjer fungerer fremdrivningssystemet og energikilden mere stabilt selv i frysende temperaturer.
Selvom udviklingen ikke kan kaldes en nyhed, har den alligevel stadig en række mangler, der får den gennemsnitlige bilist til at se på den med forsigtighed. Her er nogle af dem:
- For at brint kan antænde, skal det være i gasform. Dette skaber visse vanskeligheder. For eksempel kræves specielle dyre kompressorer for at komprimere lette gasser. Der er også et problem med korrekt opbevaring og transport af brændstof, da det er meget brandfarligt;
- Cylinderen, som installeres på bilen, skal regelmæssigt kontrolleres. Til dette er bilisten nødt til at besøge et specialiseret center, og dette er en ekstra omkostning;
- I en brintbil bruges der ikke et stort batteri, men installationen vejer stadig anstændigt, hvilket i væsentlig grad påvirker køretøjets dynamiske egenskaber;
- Brint - antænder ved den mindste gnist, så en ulykke, der involverer en sådan bil, vil blive ledsaget af en alvorlig eksplosion. I betragtning af nogle chaufførers uansvarlige holdning til deres egen sikkerhed og andre trafikanters liv kan sådanne køretøjer endnu ikke frigives på vejene.
I betragtning af menneskehedens interesse i et renere miljø kan vi forvente, at der vil ske et gennembrud i spørgsmålet om færdiggørelse af den "grønne" transport. Men når dette sker, vil kun tiden vise det.
I mellemtiden kan du se videoanmeldelsen af Toyota Mirai:
Spørgsmål og svar:
Hvorfor er en brintmotor farlig? Under forbrændingen af brintblandingen opvarmes motoren mere end under forbrændingen af benzin. Som et resultat er der stor sandsynlighed for udbrænding af stempler, ventiler og overbelastning af enheden.
Hvordan tanker man en brintbil? En sådan bil er drevet med brint i gasform (flydende eller komprimeret gas). For at opbevare brændstof komprimeres det til 350-700 atmosfærer, og temperaturen kan nå -259 grader.
Hvordan fungerer en brintforbrændingsmotor? Bilen er udstyret med en slags batteri. Ilt og brint passerer gennem specielle plader. Resultatet er en kemisk reaktion med frigivelse af vanddamp og elektricitet.
12 kommentarer
RB
"deres enorme batteri skal udskiftes om fem år på grund af det faktum, at det har mange opladnings-afladningscyklusser."
På hvilke elbiler skal du skifte efter 5 år?
Popescu
I 2020 blev en væske, der er i stand til at absorbere og frigive brint, patenteret.
Bogdan
Fortynd brintet, så det ikke længere er så brandfarligt, og løs dermed problemet med eksplosion ved stød. PS: Batterierne når 10 år ... siden artiklen blev skrevet, er der vist andre batterier 🙂
Forstår ikke
Dårlig Google-oversættelse, der skaber fuldstændig meningsløse sætninger. For eksempel, "brintmotorerne blev brugt næsten
Leningrad under blokaden
Fra anden halvdel af 1941″
Hvad er??
anonym
Dette er en blokade af den tyske hær under Anden Verdenskrig i Rusland.
Shalom Halevi
Dette er en blokade af den tyske invasion af Rusland i byen Stalingrad
Mehdi Saman
Det er ikke bedre, hvis elektricitet genereres af en brintmotor, og den genererede elektricitet bruges i hybrid- eller elektriske køretøjer eller i andre applikationer generelt.
Czyfrak Iosif
For nylig er der lavet en brintpasta, der kan tåle op til 250°C og som også kan købes i Mall, nu leder jeg efter den vare.
Trunganes
Brand med eksplosion. Dette viser, at brint brænder meget hurtigt. Pludselig udvidelse af luft vil ikke få motoren til at fungere som den skal. Jeg tror, der skal blandes en gas i, som bremser forbrændingen af brint. Indtil da kan den nuværende populære forbrændingsmotor bruge brint i stedet for.
Din artikel har hjulpet mig til bedre at forstå brintbrændstof. Mange tak til forfatteren.
Vinh
Trunganes inbox mig
Alexandre Ambrosio Trindade
Jeg kunne virkelig godt lide artiklen og bidraget til at afklare nogle tvivl, jeg havde i denne proces.
Jerzy Bednarczyk
En "plejlstang med en lejeknude" er nok til at drive en stempelmotor med HYDROGEN. Se også: "Bednarczyks motor.