Testna vožnja BMW i vodik: drugi dio
Probna vožnja

Testna vožnja BMW i vodik: drugi dio

Testna vožnja BMW i vodik: drugi dio

"Voda. Jedini krajnji proizvod BMW-ovih čistih motora je korištenje tekućeg vodika umjesto naftnih goriva i omogućavanje svima da uživaju u novim tehnologijama čiste savjesti."

BMW način

Ove su riječi citat iz reklamne kampanje njemačke tvrtke prije nekoliko godina. Već dugo nitko nije dovodio u pitanje činjenicu da Bavarci jako dobro znaju što rade kada je riječ o motornoj tehnici i jedni su od neprikosnovenih svjetskih lidera na tom polju. Niti bi se pomislilo da bi tvrtka koja je posljednjih godina pokazala solidan rast prodaje bacila gomilu novca na malo poznate oglase za obećavajuće tehnologije s neizvjesnom budućnošću.

Međutim, u isto vrijeme, citirane su riječi dio kampanje za promociju prilično egzotične 745-satne vodikove verzije perjanice bavarskog proizvođača automobila. Egzotično, jer će prema BMW-u prelazak na alternative ugljikovodičnim gorivima, kojima se automobilska industrija hrani od samog početka, zahtijevati promjenu cjelokupne proizvodne infrastrukture. Potonje je nužno jer Bavarci perspektivan razvojni put ne vide u naveliko reklamiranim gorivim ćelijama, već u preinaci motora s unutarnjim izgaranjem na vodik. BMW vjeruje da je nadogradnja rješiv problem i već je napravio značajan napredak u rješavanju glavnog problema postizanja pouzdanih performansi motora i uklanjanja njegove sklonosti nekontroliranim procesima izgaranja korištenjem čistog vodika. Za uspjeh u tom smjeru zaslužna je kompetencija u području elektroničkog upravljanja motornim procesima te mogućnost korištenja patentiranih BMW-ovih fleksibilnih sustava distribucije plina Valvetronic i Vanos, bez kojih bi bilo nemoguće osigurati normalan rad "vodikovih motora" . Međutim, prvi koraci u tom smjeru datiraju iz 1820. godine, kada je dizajner William Cecil stvorio motor na vodik koji radi na takozvanom "vakuumskom principu" - shemi koja se vrlo razlikuje od one kasnije izumljenog motora s unutarnjim motorom . gori. U svom prvom razvoju motora s unutarnjim izgaranjem 60 godina kasnije, pionir Otto koristio je već spomenuti sintetski plin dobiven iz ugljena s udjelom vodika od oko 50%. No, izumom rasplinjača uporaba benzina postala je mnogo praktičnija i sigurnija, a tekuće gorivo zamijenilo je sve ostale alternative koje su do sada postojale. Svojstva vodika kao goriva ponovno je otkrila mnogo godina kasnije svemirska industrija, koja je brzo otkrila da vodik ima najbolji omjer energije/mase od svih goriva poznatih čovječanstvu.

U srpnju 1998. Europsko udruženje automobilske industrije (ACEA) obvezalo se Europskoj uniji da će smanjiti emisiju CO2008 iz novo registriranih vozila u Uniji za prosječno 2 grama po kilometru za 140. U praksi je to značilo smanjenje emisije od 25% u odnosu na 1995. godinu, a prosječna potrošnja goriva nove flote iznosila je oko 6,0 l / 100 km. U bliskoj budućnosti očekuju se dodatne mjere za smanjenje emisije ugljičnog dioksida za 14% do 2012. godine. To zadaću automobilskim tvrtkama čini izuzetno teškom i, prema stručnjacima BMW-a, može se riješiti ili korištenjem goriva s niskim udjelom ugljika ili potpuno uklanjanjem ugljika iz sastava goriva. Prema ovoj teoriji, vodik se ponovno pojavljuje u automobilskoj areni u punom sjaju.

Bavarska tvrtka postala je prvi proizvođač automobila koji je masovno proizvodio vozila na vodikov pogon. Ostvarile su se optimistične i samouvjerene tvrdnje profesora Burkharda Geschela, člana uprave BMW-a odgovornog za novi razvoj, da će "tvrtka prodavati automobile s vodikom prije isteka trenutne serije 7". Sa svojom najnovijom verzijom, Hydrogen 7, sedma serija, predstavljena 2006. godine, s 12-cilindričnim motorom od 260 KS. ova je poruka već postala stvarnost. Namjera se činila prilično ambicioznom, ali ne bez razloga. BMW eksperimentira s motorima s unutarnjim izgaranjem koji rade na vodik od 1978. godine, a 11. svibnja 2000. jedinstveno je demonstrirao mogućnosti ove alternative. Impresivna flota od 15 750 hl vozila iz prethodne generacije tjedna, pogonjena vodikovim dvanaestocilindričnim motorima, završila je maraton od 170 000 km, ističući uspjeh tvrtke i obećanje nove tehnologije. 2001. i 2002. godine neka od tih vozila nastavila su sudjelovati u raznim demonstracijama u prilog vodikovoj ideji. Tada je došlo vrijeme za novi razvoj temeljen na sljedećoj seriji 7, koji koristi suvremeni 4,4-litreni V-212 motor sposoban za najveću brzinu od 12 km / h, praćen najnovijim razvojem s XNUMX-cilindarskim V-XNUMX. Prema službenom mišljenju tvrtke, razlozi zbog kojih je BMW odabrao ovu tehnologiju umjesto gorivih ćelija su i komercijalni i psihološki. Prvo, ova metoda zahtijevat će znatno manje ulaganja ako se promijeni proizvodna infrastruktura. Drugo, jer su ljudi navikli na stari stari motor s unutarnjim izgaranjem, sviđa im se i bit će teško rastati se od njega. I treće, u međuvremenu se pokazalo da se ova tehnologija razvija brže od tehnologije gorivih ćelija.

U BMW-ovim automobilima, vodik se skladišti u super-izoliranoj kriogenoj posudi, nešto poput visokotehnološke termos boce koju je razvila njemačka rashladna grupa Linde. Pri niskim temperaturama skladištenja gorivo je u tekućoj fazi i ulazi u motor kao obično gorivo.

U ovoj fazi dizajneri tvrtke iz Münchena usredotočili su se na neizravno ubrizgavanje goriva, a kvaliteta smjese ovisi o načinu rada motora. U načinu djelomičnog opterećenja, motor radi na siromašnoj smjesi slično dizelskom gorivu - promjena se vrši samo u količini ubrizganog goriva. Ovo je takozvana "kontrola kvalitete" smjese, u kojoj motor radi s viškom zraka, ali zbog niskog opterećenja stvaranje emisije dušika je svedeno na minimum. Kada postoji potreba za značajnom snagom, motor počinje raditi poput benzinskog motora, prelazeći na takozvanu "kvantitativnu kontrolu" smjese i normalnih (ne mršavih) smjesa. Ove promjene moguće su, s jedne strane, zbog brzine elektroničkog upravljanja procesima u motoru, a s druge strane, zbog fleksibilnog rada sustava upravljanja distribucijom plina - "dvostruki" Vanos, koji radi u sprezi s Valvetronic sustav kontrole usisa bez gasa. Treba imati na umu da je, prema inženjerima BMW -a, radna shema ovog razvoja samo posredna faza u razvoju tehnologije te da će u budućnosti motori prijeći na izravno ubrizgavanje vodika u cilindre i turbopunjenje. Očekuje se da će ove tehnike rezultirati boljom dinamikom vozila od usporedivog benzinskog motora i povećati ukupnu učinkovitost motora s unutarnjim izgaranjem za više od 50%. Ovdje smo se namjerno suzdržali od doticanja teme "gorivih ćelija", jer se to pitanje u posljednje vrijeme prilično aktivno koristi. U isto vrijeme, međutim, moramo ih spomenuti u kontekstu BMW-ove vodikove tehnologije, jer su dizajneri u Münchenu odlučili koristiti upravo takve uređaje za napajanje ugrađene električne mreže u automobilima, potpuno eliminirajući uobičajeno napajanje iz baterije. Ovaj potez omogućuje dodatnu uštedu goriva, budući da motor na vodik ne mora pokretati alternator, a ugrađeni električni sustav postaje potpuno autonoman i neovisan o putu vožnje - može generirati električnu energiju čak i kada motor ne radi, kao i proizvoditi i troši energiju podložna potpunoj optimizaciji. Činjenica da se sada za proizvodnju pumpe za vodu, pumpi za ulje, pojačivača kočnica i žičanih sustava može proizvesti samo onoliko električne energije koliko je potrebno, također se prevodi u dodatne uštede. Međutim, paralelno sa svim tim inovacijama, sustav ubrizgavanja goriva (benzin) praktički nije doživio skupe promjene u dizajnu. U cilju promicanja vodikovih tehnologija u lipnju 2002. BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN stvorili su partnerski program CleanEnergy, koji je započeo razvojem benzinskih postaja s ukapljenim i stlačenim vodikom.

BMW je inicijator niza drugih zajedničkih projekata, uključujući i s naftnim kompanijama, među kojima su najaktivniji sudionici Aral, BP, Shell, Total. Zanimanje za ovo obećavajuće područje eksponencijalno raste – u idućih deset godina samo će EU izravno financijski doprinositi fondovima za financiranje razvoja i implementacije vodikovih tehnologija u iznosu od 2,8 milijardi eura. Opseg ulaganja privatnih tvrtki u razvoj "vodika" u ovom razdoblju teško je predvidjeti, ali je jasno da će višestruko premašiti odbitke od neprofitnih organizacija.

Vodik u motorima s unutarnjim izgaranjem

Zanimljivo je napomenuti da je zbog fizikalnih i kemijskih svojstava vodik znatno zapaljiviji od benzina. U praksi to znači da je za pokretanje procesa izgaranja u vodiku potrebno puno manje početne energije. S druge strane, vrlo siromašne smjese mogu se lako koristiti u motorima na vodik – nešto što moderni benzinski motori postižu složenim i skupim tehnologijama.

Toplina između čestica smjese vodik-zrak manje se raspršuje, a istovremeno su temperatura samozapaljenja i brzina procesa izgaranja znatno viši nego kod benzina. Vodik ima malu gustoću i jaku difuznost (mogućnost prodiranja čestica u drugi plin – u ovom slučaju zrak).

Niska aktivacijska energija potrebna za samozapaljenje jedan je od najvećih izazova u upravljanju procesima izgaranja u motorima na vodik jer se smjesa može lako spontano zapaliti zbog kontakta s toplijim područjima u komori za izgaranje i otpornosti na praćenje niza potpuno nekontroliranih procesa. Izbjegavanje ovog rizika jedan je od najvećih izazova u razvoju motora na vodik, ali nije lako eliminirati posljedice činjenice da visoko difuzna goruća smjesa putuje vrlo blizu stijenki cilindra i može prodrijeti kroz iznimno uske otvore. kao što su npr. zatvoreni ventili... Sve se to mora uzeti u obzir pri projektiranju ovih motora.

Visoka temperatura samozapaljenja i visok oktanski broj (oko 130) omogućuju povećanje omjera kompresije motora i, prema tome, njegove učinkovitosti, ali opet postoji opasnost od samozapaljenja vodika u dodiru s vrućim dijelom. u cilindru. Prednost velike difuzijske sposobnosti vodika je mogućnost lakog miješanja sa zrakom, što u slučaju kvara spremnika jamči brzo i sigurno raspršivanje goriva.

Idealna smjesa zrak-vodik za izgaranje ima omjer od približno 34:1 (za benzin je taj omjer 14,7:1). To znači da je pri spajanju iste mase vodika i benzina u prvom slučaju potrebno više od dvostruko više zraka. Pritom mješavina vodika i zraka zauzima značajno više prostora, što objašnjava zašto motori na vodik imaju manju snagu. Čisto digitalna ilustracija omjera i volumena prilično je rječita - gustoća vodika spremnog za izgaranje je 56 puta manja od one benzinske pare... No treba napomenuti da u načelu vodikovi motori mogu raditi i sa smjesama zrak-vodik do 180:1 (dakle vrlo "siromašne" smjese), što opet znači da motor može raditi. bez prigušnog ventila i koriste princip dizelskih motora. Valja napomenuti i da je vodik neprikosnoveni lider u usporedbi vodika i benzina kao energenata po masi - kilogram vodika energetski je gotovo tri puta intenzivniji od kilograma benzina.

Kao i kod benzinskih motora, ukapljeni vodik može se ubrizgavati neposredno ispred ventila u razdjelnicima, no najbolje rješenje je ubrizgavanje izravno tijekom takta kompresije - u tom slučaju snaga može premašiti snagu sličnog benzinskog motora za 25%. To je zato što gorivo (vodik) ne istiskuje zrak kao u benzinskom ili dizelskom motoru, dopuštajući samo zraku (znatno više nego inače) da ispuni komoru za izgaranje. Također, za razliku od benzinskih motora, vodikovi motori ne trebaju strukturno vrtloženje jer vodik dovoljno dobro difundira sa zrakom i bez te mjere. Zbog različitih brzina sagorijevanja u različitim dijelovima cilindra, bolje je postaviti dvije svjećice, au motorima na vodik uporaba platinskih elektroda je nepraktična, jer platina postaje katalizator koji dovodi do oksidacije goriva na niskim temperaturama.

H2R

H2R je radni supersportski prototip koji su izradili BMW-ovi inženjeri, a pokreće ga dvanaestocilindrični motor koji postiže maksimalnu snagu od 285 KS kada ga pokreće vodik. Zahvaljujući njima, eksperimentalni model ubrzava od 0 do 100 km / h za šest sekundi i postiže najveću brzinu od 300 km / h. Motor H2R temelji se na standardnoj top-end jedinici koja se koristi u benzinskom 760i i trebalo mu je samo deset mjeseci za razvoj. Kako bi spriječili spontano izgaranje, bavarski stručnjaci razvili su poseban ciklus protoka i strategiju ubrizgavanja u komoru za izgaranje, koristeći mogućnosti koje pružaju sustavi promjenjivog vremena ventila motora. Prije nego što smjesa uđe u cilindre, potonji se hlade zrakom, a paljenje se provodi samo u gornjoj mrtvoj točki - zbog velike brzine izgaranja s vodikovim gorivom, nije potrebno unaprijed paljenja.

Zaključci

Financijska analiza prijelaza na čistu energiju vodika još nije previše optimistična. Proizvodnja, skladištenje, transport i opskrba lakim plinom i dalje su prilično energetski intenzivni procesi, a u trenutnoj tehnološkoj fazi ljudskog razvoja takva shema ne može biti učinkovita. Međutim, to ne znači da se istraživanje i traženje rješenja neće nastaviti. Prijedlozi za stvaranje vodika iz vode pomoću električne energije iz solarnih panela i njegovo skladištenje u velikim spremnicima zvuče optimistično. S druge strane, postupak proizvodnje električne energije i vodika u plinskoj fazi u pustinji Sahara, transportiranje do Sredozemnog mora cjevovodom, ukapljivanje i transport kriogenim tankerima, istovar u lukama i konačno transport kamionom u ovom trenutku zvuči pomalo smiješno ...

Zanimljivu ideju nedavno je predstavila norveška naftna tvrtka Norsk Hydro, koja je predložila proizvodnju vodika iz prirodnog plina na proizvodnim mjestima u Sjevernom moru, a zaostali ugljični monoksid skladišten je na osiromašenim poljima pod morskim dnom. Istina leži negdje u sredini, a samo će vrijeme pokazati kamo će ići razvoj industrije vodika.

Mazdina varijanta

Japanska tvrtka Mazda također prikazuje svoju verziju motora na vodik - u obliku rotacijske jedinice sportskog automobila RX-8. To ne čudi, jer su značajke dizajna Wankel motora izuzetno pogodne za korištenje vodika kao goriva. Plin se skladišti pod visokim pritiskom u posebnom spremniku, a gorivo se ubrizgava izravno u komore za izgaranje. Budući da su kod rotacijskih motora područja ubrizgavanja i izgaranja odvojena, a temperatura u usisnom dijelu niža, značajno je smanjen problem mogućnosti nekontroliranog paljenja. Wankelov motor također nudi dovoljno mjesta za dvije brizgaljke, što je iznimno važno za ubrizgavanje optimalne količine vodika.

Dodajte komentar