موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن
اصطلاحات خودکار,  مقالات,  دستگاه وسیله نقلیه

موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن

موتورهای احتراق داخلی به طور چشمگیری به عنوان واحدهای قدرت جداگانه ظاهر نمی شوند. بلکه موتور کلاسیک در نتیجه تصفیه و بهبود موتورهای گرمائی بوجود آمد. در مورد چگونگی ظاهر شدن تدریجی واحدی که عادت کرده ایم زیر کاپوت اتومبیل ها ببینیم ، بخوانید. در مقاله ای جداگانه.

با این حال ، هنگامی که اولین اتومبیل مجهز به موتور احتراق داخلی ظاهر شد ، بشر یک وسیله نقلیه خودران را دریافت کرد که مانند اسب به تغذیه مداوم نیاز نداشت. از سال 1885 چیزهای زیادی در موتور تغییر کرده است ، اما یک اشکال بدون تغییر باقی مانده است. در طی احتراق مخلوط بنزین (یا سوخت دیگر) و هوا ، مواد مضر زیادی آزاد می شوند که باعث آلودگی محیط می شوند.

موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن

اگر قبل از ظهور وسایل نقلیه خودران ، معماران کشورهای اروپایی از غرق شدن شهرهای بزرگ در فضله اسب می ترسیدند ، امروز ساکنان مگاپلاس ها هوای کثیفی را تنفس می کنند.

تشدید استانداردهای زیست محیطی برای حمل و نقل ، تولیدکنندگان وسایل نقلیه را مجبور به تولید پیشرانه تمیزتر می کند. بنابراین ، بسیاری از شرکت ها به فن آوری Anjos Jedlik که قبلاً ایجاد شده بود علاقه مند هستند - یک چرخ دستی خودکار بر روی کشش الکتریکی ، که در سال 1828 ظاهر شد. و امروزه این فناوری چنان محکم در دنیای خودرو تثبیت شده است که شما با ماشین الکتریکی یا هیبریدی کسی را متعجب نخواهید کرد.

موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن

اما آنچه واقعاً دلگرم کننده است نیروگاه های برق است که تنها انتشار آن آب آشامیدنی است. این یک موتور هیدروژنی است.

موتور هیدروژنی چیست؟

این نوعی موتور است که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می کند. استفاده از این عنصر شیمیایی باعث کاهش اتلاف منابع هیدروکربنی می شود. دلیل دوم علاقه به چنین تاسیساتی کاهش آلودگی محیط زیست است.

بسته به اینکه از چه نوع موتوری در حمل و نقل استفاده خواهد شد ، عملکرد آن با موتور احتراق داخلی کلاسیک متفاوت خواهد بود یا یکسان خواهد بود.

سابقه کوتاه

موتورهای احتراق داخلی هیدروژن در همان دوره ظاهر شدند که اصل ICE در حال توسعه و بهبود بود. یک مهندس و مخترع فرانسوی نسخه خودش را از یک موتور احتراق داخلی طراحی کرد. سوختی که وی در تولید خود استفاده کرد هیدروژن است که در نتیجه الکترولیز H ظاهر می شود2الف. در سال 1807 ، اولین اتومبیل هیدروژنی ظاهر شد.

موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن
ایزاک دی ریواز در سال 1807 حق اختراع توسعه تراکتور برای تجهیزات نظامی را ثبت کرد. وی پیشنهاد كرد كه از هیدروژن به عنوان یكی از واحدهای قدرت استفاده شود.

واحد قدرت پیستونی بود و اشتعال در آن به دلیل تشکیل جرقه در سیلندر بود. درست است که اولین خالق مخترع به تولید جرقه دستی نیاز داشت. تنها پس از دو سال ، او کار خود را نهایی کرد و اولین وسیله نقلیه هیدروژنی خودران متولد شد.

با این حال ، در آن زمان ، به توسعه اهمیت داده نمی شد ، زیرا بدست آوردن و ذخیره گاز به آسانی بنزین نیست. موتورهای هیدروژنی در محاصره نیمه دوم سال 1941 عملاً در لنینگراد مورد استفاده قرار گرفتند. اگرچه ، باید بپذیریم که این واحدها منحصراً هیدروژن نبوده اند. اینها موتورهای احتراق داخلی GAZ معمولی بودند ، فقط سوختی برای آنها وجود نداشت ، اما در آن زمان گاز زیادی وجود داشت ، زیرا آنها توسط بالون ها سوخت می شدند.

موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن

در نیمه اول دهه 80 ، بسیاری از کشورها ، نه تنها کشورهای اروپایی ، بلکه آمریکا ، روسیه و ژاپن نیز اقدام به آزمایش این نوع نصب کردند. بنابراین ، در سال 1982 ، با کار مشترک کارخانه کوانت و شرکت خودروسازی RAF ، یک موتور ترکیبی ظاهر شد که با مخلوطی از هیدروژن و هوا کار می کرد و یک باتری 5 کیلووات در ساعت به عنوان منبع انرژی استفاده می شد.

از آن زمان ، کشورهای مختلف تلاش کرده اند تا وسایل نقلیه "سبز" را به خط مدل خود وارد کنند ، اما در بیشتر موارد چنین وسایل نقلیه یا در دسته نمونه های اولیه باقی می مانند یا نسخه بسیار محدودی دارند.

چگونه کار می کند

از آنجا که امروزه موتورهای عملیاتی زیادی از این دسته وجود دارند ، در هر حالت جداگانه کارخانه هیدروژن مطابق با اصل خود کار خواهد کرد. نحوه کار یک اصلاح را که می تواند جایگزین موتور احتراق داخلی کلاسیک شود ، در نظر بگیرید.

در چنین موتوری قطعاً از پیل های سوختی استفاده خواهد شد. آنها نوعی ژنراتور هستند که واکنش الکتروشیمیایی را فعال می کنند. در داخل دستگاه ، هیدروژن اکسید می شود و نتیجه واکنش منجر به آزاد شدن برق ، بخار آب و ازت می شود. دی اکسید کربن در چنین تاسیساتی ساطع نمی شود.

موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن

وسیله نقلیه مبتنی بر واحد مشابه همان وسیله نقلیه الکتریکی است ، فقط باتری موجود در آن بسیار کوچکتر است. پیل سوختی انرژی کافی برای کارکرد همه سیستم های خودرو تولید می کند. تنها نکته مهم این است که از ابتدای فرآیند تا تولید انرژی ، ممکن است حدود 2 دقیقه طول بکشد. اما حداکثر خروجی نصب پس از گرم شدن سیستم شروع می شود که از یک ربع ساعت تا 60 دقیقه طول می کشد.

به طوری که نیروگاه بیهوده کار نمی کند و لازم نیست که از قبل حمل و نقل را برای سفر آماده کنید ، یک باتری معمولی در آن نصب شده است. هنگام رانندگی به دلیل بهبودی دوباره شارژ می شود و فقط برای راه اندازی ماشین به آن نیاز است.

چنین اتومبیلی مجهز به سیلندر با حجم های مختلف است که هیدروژن در آن پمپ می شود. بسته به حالت رانندگی ، اندازه اتومبیل و قدرت نصب برق ، یک کیلوگرم گاز می تواند برای 100 کیلومتر سفر کافی باشد.

انواع موتور هیدروژنی

اگرچه چندین تغییر در موتورهای هیدروژنی وجود دارد ، همه آنها به دو نوع تقسیم می شوند:

  • نوع سلول سوختی
  • موتور احتراق داخلی اصلاح شده ، سازگار با هیدروژن کار می کند.

بیایید هر نوع را جداگانه در نظر بگیریم: ویژگی های آنها چیست.

نیروگاه های مبتنی بر سلول های سوختی هیدروژن

پیل سوختی بر اساس اصل یک باتری است که در آن یک فرآیند الکتروشیمیایی انجام می شود. تنها تفاوت آنالوگ هیدروژن در کارایی بالاتر آن است (در برخی موارد بیش از 45 درصد).

موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن

پیل سوختی یک محفظه منفرد است که در آن دو عنصر قرار می گیرد: کاتد و آند. هر دو الکترود با روکش پلاتین (یا پالادیوم) پوشانده شده اند. غشایی بین آنها قرار دارد. حفره را به دو اتاق تقسیم می کند. اکسیژن با کاتد به حفره و هیدروژن به دوم منتقل می شود.

در نتیجه ، یک واکنش شیمیایی رخ می دهد که نتیجه آن ترکیبی از مولکول های اکسیژن و هیدروژن با آزاد شدن الکتریسیته است. یک عارضه جانبی فرآیند ، آب و نیتروژن آزاد شده است. الکترودهای سلول سوختی به مدار الکتریکی خودرو از جمله موتور الکتریکی متصل هستند.

موتورهای احتراق داخلی هیدروژن

در این حالت ، اگرچه موتور هیدروژن نامیده می شود ، اما ساختاری مشابه با ICE معمولی دارد. تنها تفاوت این است که سوختن بنزین یا پروپان نیست بلکه هیدروژن است. اگر یک سیلندر را از هیدروژن پر کنید ، یک مشکل وجود دارد - این گاز راندمان یک واحد معمولی را حدود 60 درصد کاهش می دهد.

موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن

در اینجا چند مشکل دیگر با تغییر هیدروژن بدون به روزرسانی موتور وجود دارد:

  • هنگامی که HTS فشرده شود ، گاز با فلزی که اتاق احتراق و پیستون از آن ساخته می شود ، به یک واکنش شیمیایی وارد می شود و اغلب این امر می تواند در مورد روغن موتور نیز اتفاق بیفتد. به همین دلیل ، یک ترکیب دیگر در محفظه احتراق ایجاد می شود ، که در توانایی ویژه برای سوختن خوب تفاوتی ندارد.
  • شکافهای اتاق احتراق باید کاملاً مناسب باشد. اگر در جایی سیستم سوخت حداقل نشتی داشته باشد ، در اثر تماس با اجسام گرم ، گاز به راحتی مشتعل می شود.
موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن
موتور برای وضوح Honda

به همین دلایل ، استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت در موتورهای دوار عملی تر است (بخوانید ویژگی آنها چیست) اینجا) منیفولد های ورودی و اگزوز این واحدها جدا از یکدیگر قرار دارند ، بنابراین گاز در ورودی گرم نمی شود. همینطور باشد ، در حالی که موتورها در حال مدرن شدن هستند تا مشکلات استفاده از سوخت ارزان تر و سازگار با محیط زیست را دور بزنید.

عمر مفید پیل های سوخت چقدر است؟

امروزه در سراسر جهان ، چنین اتومبیل هایی بسیار نادر هستند و هنوز در این سری قرار ندارند ، دشوار است بگوییم این منبع انرژی چه منبعی دارد. صنعتگران هنوز هیچ تجربه ای در این زمینه ندارند.

موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن

تنها چیزی که می توان گفت این است که به گفته نمایندگان تویوتا ، پیل سوختی خودروی تولیدی آنها Mirai قادر است بدون وقفه تا 250 هزار کیلومتر انرژی تولید کند. پس از این نقطه عطف ، شما باید بر کارایی دستگاه نظارت کنید. اگر عملکرد آن به میزان قابل توجهی کاهش یافته باشد ، پیل سوختی در یک مرکز خدمات مجاز تغییر می کند. درست است ، باید انتظار داشت که شرکت مبلغ مناسبی را برای این روش هزینه کند.

کدام شرکت ها در حال حاضر اتومبیل های هیدروژنی تولید می کنند یا می خواهند تولید کنند؟

بسیاری از شرکت ها درگیر توسعه یک واحد قدرت سازگار با محیط زیست هستند. در اینجا مارک های اتومبیل وجود دارد که در دفتر طراحی آنها گزینه های کار آماده وجود دارد و می توانند به صورت سری در آیند:

  • مرسدس بنز یک کراس اوور GLC F-Cell است که شروع فروش آن در سال 2018 اعلام شد ، اما تا کنون تنها توسط چند شرکت و وزارتخانه آلمان خریداری شده است. موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آنبه تازگی یک نمونه اولیه تراکتور سلول سوختی هیدروژن ، GenH2 رونمایی شده است.موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن
  • هیوندای - نمونه اولیه Nexo دو سال پیش معرفی شد.موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن
  • بی ام و نمونه اولیه هیدروژن هیدروژن 7 است که از خط مونتاژ آزاد شد. دسته ای از 100 نسخه در مرحله آزمایشی باقی ماند ، اما این در حال حاضر چیزی است.موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن

از جمله خودروهای بورسی که می توان هم در آمریکا و هم در اروپا خریداری کرد ، به ترتیب مدل های Mirai و Clarity از تویوتا و هوندا هستند. برای بقیه شرکت ها ، این پیشرفت هنوز یا در نسخه طراحی است یا به عنوان نمونه اولیه غیر فعال.

موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن
تویوتا میری
موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن
وضوح هوندا

هزینه ماشین هیدروژنی چقدر است؟

هزینه اتومبیل هیدروژنی مناسب است. دلیل این امر فلزات گرانبهایی است که بخشی از الکترودهای سلول های سوختی (پالادیوم یا پلاتین) هستند. همچنین ، یک ماشین مدرن مجهز به سیستم های امنیتی بی شماری و تثبیت کننده عملکرد عناصر الکتریکی است که به منابع مادی نیز نیاز دارد.

موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن

اگرچه تعمیر و نگهداری چنین اتومبیلی (تا زمان تعویض پیل های سوختی) گرانتر از یک ماشین معمولی آخرین نسل نیست. کشورهایی وجود دارند که تولید هیدروژن را حمایت مالی می کنند ، اما حتی با در نظر گرفتن این مسئله ، شما باید به طور متوسط ​​11 و نیم دلار برای هر کیلوگرم گاز بپردازید. بسته به نوع موتور ، این می تواند برای مسافتی در حدود صد کیلومتر کافی باشد.

چرا اتومبیل های هیدروژنی بهتر از اتومبیل های برقی هستند؟

اگر یک کارخانه تولید هیدروژن با پیل های سوختی داشته باشید ، پس چنین اتومبیلی یکسان با اتومبیل برقی است که ما عادت کرده ایم در جاده ها ببینیم. تنها تفاوت این است که ماشین الکتریکی از شبکه یا از یک ترمینال در یک ایستگاه بنزین شارژ می شود. حمل و نقل هیدروژن خود برای خود برق تولید می کند.

در مورد هزینه چنین اتومبیل هایی ، گران ترند. به عنوان مثال ، مدل های تسلا در پیکربندی اولیه از 45 هزار دلار هزینه دارند. آنالوگ های هیدروژن از ژاپن را می توان برای 57 هزار واحد خریداری کرد. از طرف دیگر ، باواریایی ها اتومبیل های خود را با سوخت "سبز" با قیمت 50 دلار می فروشند.

با توجه به کاربردی بودن ، پر کردن اتومبیل با بنزین آسان تر است (حدود پنج دقیقه طول خواهد کشید) تا اینکه نیم ساعت صبر کنید (با شارژ سریع ، که برای همه انواع باتری مجاز نیست) در پارکینگ. این به علاوه گیاهان هیدروژنی است.

موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن

نکته مثبت دیگر اینکه سلول های سوختی به خصوص به نگهداری احتیاج ندارند و عمر کاری آنها بسیار زیاد است. در مورد وسایل نقلیه الکتریکی ، باتری عظیم آنها به دلیل اینکه دارای چرخه های تخلیه شارژ زیادی است ، در حدود XNUMX سال دیگر نیاز به تعویض خواهد داشت. در یخبندان ، باتری خودروهای الکتریکی خیلی سریعتر از تابستان تخلیه می شود. اما عنصر واکنش اکسیداسیون هیدروژن از این رنج نمی برد و پایدار برق تولید می کند.

چشم انداز اتومبیل های هیدروژنی چیست و چه زمانی در جاده دیده می شوند؟

در اروپا و ایالات متحده ، اتومبیل هیدروژنی از قبل یافت می شود. با این حال ، آنها هنوز در گروه کنجکاوی هستند. و امروز چشم انداز کمی وجود دارد.

دلیل اصلی اینکه این نوع حمل و نقل به زودی جاده های همه کشورها را پر نخواهد کرد ، کمبود ظرفیت تولید است. اول ، ایجاد تولید هیدروژن ضروری است. علاوه بر این ، رسیدن به چنین سطحی ضروری است که علاوه بر سازگاری با محیط زیست ، سوخت در دسترس اکثر رانندگان نیز باشد. علاوه بر تولید این گاز ، لازم است حمل و نقل آن نیز سازماندهی شود (اگرچه برای این کار می توانید با خیال راحت از بزرگراه هایی که متان در آن حمل می شود استفاده کنید) و همچنین بسیاری از ایستگاه های سوخت را به ترمینال های مناسب مجهز کنید.

موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن

ثانیا ، هر خودروساز باید خطوط تولید را به طور جدی مدرنیزه کند ، که این امر به سرمایه گذاری قابل توجهی نیاز دارد. در یک اقتصاد ناپایدار به دلیل شیوع یک اپیدمی جهانی ، تعداد کمی از افراد چنین خطراتی را متحمل می شوند.

اگر به سرعت توسعه حمل و نقل الکتریکی نگاه کنید ، روند محبوبیت خیلی سریع اتفاق افتاد. با این حال ، دلیل محبوبیت خودروهای برقی ، امکان صرفه جویی در مصرف سوخت است. و این اغلب اولین دلیل خرید آنها است ، و نه به خاطر حفظ محیط زیست. در مورد هیدروژن ، صرفه جویی در هزینه (حداقل اکنون) امکان پذیر نیست ، زیرا انرژی بسیار بیشتری برای تولید آن صرف می شود.

جوانب مثبت و معایب اصلی موتورهای هیدروژنی

بنابراین ، بیایید خلاصه کنیم. مزایای موتورهای سوخت هیدروژن شامل عوامل زیر است:

  • انتشار سازگار با محیط زیست ؛
  • عملکرد بی صدا واحد قدرت (کشش الکتریکی) ؛
  • در صورت استفاده از پیل سوختی ، نگهداری مکرر مورد نیاز نیست.
  • سوخت گیری سریع
  • در مقایسه با وسایل نقلیه الکتریکی ، پیشرانه و منبع انرژی حتی در دمای انجماد با پایداری بیشتری کار می کنند.
موتور هیدروژنی. چگونه کار می کند و معایب آن

اگرچه نمی توان این پیشرفت را یک موضوع جدید دانست ، با این وجود هنوز هم دارای یکسری کاستی است که راننده متوسط ​​را وادار می کند با احتیاط به آن نگاه کند. در اینجا برخی از آنها وجود دارد:

  • برای اشتعال هیدروژن باید در حالت گازی باشد. این مشکلات خاصی ایجاد می کند. به عنوان مثال ، کمپرسورهای گران قیمت ویژه ای برای فشرده سازی گازهای سبک مورد نیاز است. همچنین ذخیره و حمل و نقل مناسب سوخت مشکلی دارد ، زیرا بسیار قابل اشتعال است.
  • سیلندر که روی خودرو نصب خواهد شد ، باید به صورت دوره ای بررسی شود. برای این ، راننده نیاز به بازدید از یک مرکز تخصصی دارد و این یک هزینه اضافی است.
  • در یک اتومبیل هیدروژنی ، از یک باتری عظیم استفاده نمی شود ، با این وجود ، نصب هنوز وزن مناسبی دارد ، که به طور قابل توجهی بر ویژگی های دینامیکی خودرو تأثیر می گذارد.
  • هیدروژن - در کوچکترین جرقه مشتعل می شود ، بنابراین تصادف با چنین اتومبیل با انفجار جدی همراه خواهد بود. با توجه به نگرش غیرمسئولانه برخی از رانندگان به ایمنی خود و سایر کاربران جاده ، هنوز نمی توان اینگونه وسایل نقلیه را در جاده ها رهاسازی کرد.

با توجه به علاقه بشریت به یک محیط پاک ، انتظار می رود در مسئله نهایی شدن حمل و نقل "سبز" دستیابی به موفقیت ایجاد شود. اما وقتی این اتفاق می افتد ، فقط زمان مشخص خواهد شد.

در این بین ، بررسی ویدیوی Toyota Mirai را تماشا کنید:

آینده در مورد هیدروژن؟ تویوتا میرای - بررسی کامل و مشخصات | LiveFEED®

سوالات و پاسخ ها:

چرا موتور هیدروژنی خطرناک است؟ در هنگام احتراق مخلوط هیدروژن، موتور بیشتر از هنگام احتراق بنزین گرم می شود. در نتیجه احتمال فرسودگی پیستون ها، شیرها و اضافه بار واحد وجود دارد.

چگونه یک خودروی هیدروژنی سوخت گیری کنیم؟ سوخت چنین خودرویی با هیدروژن در حالت گازی (گاز مایع یا فشرده) تامین می شود. برای ذخیره سوخت، آن را به 350-700 اتمسفر فشرده می کنند و دما می تواند به -259 درجه برسد.

موتور احتراق داخلی هیدروژن چگونه کار می کند؟ ماشین مجهز به نوعی باتری است. اکسیژن و هیدروژن از صفحات مخصوص عبور می کنند. نتیجه یک واکنش شیمیایی با آزاد شدن بخار آب و الکتریسیته است.

12 комментариев

  • RB

    باتری عظیم آنها به دلیل اینکه چرخه های شارژ و دشارژ زیادی دارد، باید ظرف پنج سال تعویض شود.

    بعد از 5 سال باید روی کدام یک از اتومبیل های برقی تغییر کنید؟

  • بوگدان

    هیدروژن را طوری رقیق کنید که دیگر قابل اشتعال نباشد و در نتیجه مشکل انفجار در برخورد را حل کنید. PS: باتری ها به 10 سال می رسند ... از زمان نوشتن مقاله ، باتری های دیگر ظاهر شده اند

  • نمی فهمم

    ترجمه بد گوگل که جملات کاملا بی معنی ایجاد می کند. به عنوان مثال، «موتورهای هیدروژنی تقریباً مورد استفاده قرار گرفتند
    لنینگراد در دوران محاصره
    از نیمه دوم سال 1941 "
    چیست؟؟

  • مهدی سامان

    اگرتوسط موتور هیدروژنی تولید الکتریسیته انجام شود والکتریسیته تولید شده در خودروهای هیبریدی یا الکتریکی ویا بطور کلی در مصارف دیگراستفاده گردد بهتر نیست

  • سیفرک یوسف

    اخیراً یک خمیر هیدروژنی ساخته شده است که می تواند تا 250 درجه سانتیگراد را تحمل کند و همچنین می توان آن را در مرکز خرید خریداری کرد، اکنون من به دنبال آن کالا هستم.

  • ترونگان ها

    آتش سوزی با انفجار. این نشان می دهد که هیدروژن خیلی سریع می سوزد. انبساط ناگهانی هوا باعث نمی شود موتور آنطور که باید کار کند. من فکر می کنم باید گازی در آن مخلوط شود که احتراق هیدروژن را کند کند. تا آن زمان، موتور احتراق داخلی رایج فعلی می تواند به جای آن از هیدروژن استفاده کند.
    مقاله شما به من در درک بهتر سوخت هیدروژن کمک کرد. از نویسنده بسیار سپاسگزارم.

  • الکساندر آمبروسیو تریداد

    من مقاله و سهمی را برای روشن کردن برخی از تردیدهایی که در این روند داشتم بسیار دوست داشتم.

  • جرزی بدنارچیک

    یک "میله اتصال با یک گره یاتاقان" برای تغذیه موتور پیستونی با هیدروژن کافی است. همچنین ببینید: "موتور Bednarczyk.

اضافه کردن نظر