Hidrogén motor. Hogyan működik és hátrányai

A belső égésű motorok nem jelentek meg különálló erőegységként drámai módon. Inkább a klasszikus motor a hőmotorok finomításának és fejlesztésének eredményeként jött létre. Olvassa el, hogyan jelent meg fokozatosan az egység, amelyet már megszokhattunk az autók motorházteteje alatt. külön cikkben.

Amikor azonban megjelent az első belső égésű motorral felszerelt autó, az emberiség olyan önjáró járművet kapott, amely nem igényelt állandó etetést, mint egy ló. 1885 óta sok minden megváltozott a motorokban, de egy hátránya változatlan marad. A benzin (vagy más üzemanyag) és a levegő keverékének égése során túl sok káros anyag szabadul fel, amely szennyezi a környezetet.

Ha az önjáró járművek megjelenése előtt az európai országok építészei attól tartottak, hogy a nagyvárosok lótrágyába fulladnak, akkor ma a megapolisz lakói piszkos levegőt lélegeznek be.

A szigorúbb szállítási környezetvédelmi előírások arra kényszerítik a járműgyártókat, hogy tisztább erőátvitelt dolgozzanak ki. Tehát sok vállalat érdeklődött Jedlik Anjos korábban létrehozott technológiája iránt - egy önjáró szekér az elektromos vontatásról, amely még 1828-ban megjelent. És ma ez a technológia olyan szilárdan meghonosodott az autóiparban, hogy senkit sem lep meg elektromos autóval vagy hibriddel.

De ami igazán biztató, azok az erőművek, amelyek egyetlen kibocsátása az ivóvíz. Ez egy hidrogén motor.

Mi az a hidrogén motor?

Ez egy olyan motor, amely hidrogént használ üzemanyagként. Ennek a kémiai elemnek a használata csökkenti a szénhidrogén-erőforrások kimerülését. Az ilyen létesítmények iránti érdeklődés második oka a környezeti szennyezés csökkentése.

Attól függően, hogy milyen motort használnak a szállításban, működése eltér a klasszikus belső égésű motortól, vagy azonos lesz.

Egy rövid történet

A hidrogén belső égésű motorok ugyanabban az időszakban jelentek meg, amikor az ICE elvét fejlesztették és fejlesztették. Egy francia mérnök és feltaláló megtervezte saját belső égésű motorjának változatát. Az üzemanyag, amelyet fejlesztése során használt, hidrogén, amely a H elektrolízisének eredményeként jelenik meg₂A. 1807-ben megjelent az első hidrogén autó.

Isaac De Rivaz 1807-ben szabadalmat nyújtott be a katonai felszerelések traktorjának fejlesztésére. javasolta a hidrogén használatát az egyik erőegységként.

Az erőmű dugattyús volt, és a gyújtás a hengerben szikra képződése miatt következett be. Igaz, a feltaláló első alkotása kézi szikra generálást igényelt. Alig két év után befejezte munkáját, és megszületett az első önjáró hidrogénjármű.

Abban az időben azonban a fejlesztés nem kapott jelentőséget, mert a gázt nem olyan könnyű beszerezni és tárolni, mint a benzint. A hidrogénmotorokat 1941 második felétől a blokád alatt gyakorlatilag Leningrádban használták. Bár el kell ismernünk, hogy ezek nem kizárólag hidrogénegységek voltak. Ezek közönséges GAZ belső égésű motorok voltak, csak üzemanyag nem volt hozzájuk, de akkoriban rengeteg gáz volt, mivel léggömbök táplálták őket.

Az 80-as évek első felében számos ország, nemcsak Európa, hanem Amerika, Oroszország és Japán is vállalkozott az ilyen típusú installációk kísérletezésére. Tehát 1982-ben a Kvant gyár és az RAF autóipari vállalkozás közös munkájával megjelent egy kombinált motor, amely hidrogén és levegő keverékén működött, és 5 kW / h akkumulátort használtak energiaforrásként.

Azóta számos ország megkísérelte a "zöld" járművek bevezetését modellvonalaikba, de a legtöbb esetben az ilyen autók vagy a prototípus kategóriában maradtak, vagy nagyon korlátozott példányszámban voltak.

Hogyan működik

Mivel manapság sok ilyen motor működik, a hidrogénüzem minden egyes esetben a saját elve szerint fog működni. Fontolja meg, hogyan működik egy olyan módosítás, amely helyettesítheti a klasszikus belső égésű motort.

Egy ilyen motorban mindenképpen üzemanyagcellákat fognak használni. Ezek egyfajta generátorok, amelyek aktiválják az elektrokémiai reakciót. Az eszköz belsejében a hidrogén oxidálódik, és a reakció eredményeként áram, vízgőz és nitrogén szabadul fel. Szén-dioxid nem bocsát ki egy ilyen berendezésben.

Egy hasonló egységre épülő jármű ugyanaz az elektromos jármű, csak a benne lévő akkumulátor sokkal kisebb. Az üzemanyagcella elegendő energiát termel az összes járműrendszer működtetéséhez. Az egyetlen figyelmeztetés az, hogy a folyamat kezdetétől az energiatermelésig körülbelül 2 percet vehet igénybe. De a telepítés maximális teljesítménye a rendszer felmelegedése után kezdődik, ami negyedórától 60 percig tart.

Annak érdekében, hogy az erőmű ne működjön hiába, és nem szükséges előre elkészíteni a szállítást az utazáshoz, egy hagyományos akkumulátort helyeznek el benne. Vezetés közben a gyógyulás miatt feltöltődik, és kizárólag autó indításához szükséges.

Egy ilyen autó különböző térfogatú hengerrel van felszerelve, amelybe hidrogént pumpálnak. A vezetési módtól, az autó méretétől és az elektromos berendezés teljesítményétől függően egy kiló gáz elegendő lehet 100 kilométeres utazáshoz.

Hidrogén motorok

Bár a hidrogénmotorok többféle módosítást tartalmaznak, ezek mind két típusra oszthatók:

• Egységtípus üzemanyagcellával;
• Módosított belső égésű motor, amely hidrogénnel történő működésre alkalmas.

Vizsgáljuk meg külön-külön az egyes típusokat: mik a jellemzőik.

Hidrogén üzemanyagcellákon alapuló erőművek

Az üzemanyagcella az akkumulátor elvén alapszik, amelyben elektrokémiai folyamat zajlik le. Az egyetlen különbség a hidrogénanalóg között a nagyobb hatásfok (egyes esetekben több mint 45 százalék).

Az üzemanyagcella egyetlen kamra, amelyben két elem van elhelyezve: a katód és az anód. Mindkét elektróda platina (vagy palládium) bevonatú. Egy membrán helyezkedik el közöttük. Az üreget két kamrára osztja. Az oxigént a katóddal az üregbe juttatják, a másodikba pedig a hidrogént.

Ennek eredményeként kémiai reakció következik be, amelynek eredménye az oxigén- és hidrogénmolekulák és az elektromosság felszabadulása. A folyamat mellékhatása a víz és a nitrogén felszabadulása. Az üzemanyagcellás elektródák az autó elektromos áramköréhez vannak csatlakoztatva, beleértve az elektromos motort is.

Hidrogén belső égésű motorok

Ebben az esetben, bár a motort hidrogénnek hívják, szerkezete megegyezik a hagyományos ICE-vel. Az egyetlen különbség az, hogy nem benzin vagy propán ég, hanem hidrogén. Ha egy palackot hidrogénnel töltünk meg, akkor van egy probléma - ez a gáz körülbelül 60 százalékkal csökkenti a hagyományos egység hatékonyságát.

Íme néhány további probléma a hidrogénre váltáshoz a motor frissítése nélkül:

• A HTS összenyomásakor a gáz kémiai reakcióba lép azzal a fémmel, amelyből az égéstér és a dugattyú készül, és ez gyakran előfordulhat motorolajjal is. Emiatt az égéstérben egy másik vegyület képződik, amelyet nem különböztet meg a kiváló minőségű égés különleges képessége;
• Az égéstér réseinek tökéleteseknek kell lenniük. Ha valahol az üzemanyag-rendszer legalább minimálisan szivárog, akkor a gáz forró tárgyakkal érintkezve könnyen meggyullad.

Motor a Honda Clarity számára

Ezen okokból célszerűbb hidrogént üzemanyagként használni a rotormotorokban (mi a jellemzőjük, olvassa el itt). Az ilyen egységek szívó- és kipufogócsatornái egymástól elkülönítve helyezkednek el, így a beömlőnyíláson lévő gáz nem melegszik fel. Akárhogy is legyen, miközben a motorokat korszerűsítik, hogy megkerüljék az olcsóbb és környezetbarátabb üzemanyag használatának problémáit.

Mennyi az üzemanyagcellák élettartama?

Ma az egész világon nagyon ritkák az ilyen autók, és még nem szerepelnek a sorozatban, nehéz megmondani, milyen erőforrással rendelkezik ez az energiaforrás. A kézműveseknek még nincs tapasztalatuk ebben a tekintetben.

Csak annyit lehet mondani, hogy a Toyota képviselői szerint a mi Mirai szériaautójuk üzemanyagcellája képes megszakítás nélkül 250 ezer kilométeres energiát előállítani. E mérföldkő után figyelemmel kell kísérnie az eszköz hatékonyságát. Ha teljesítménye észrevehetően csökkent, az üzemanyagcellát egy hivatalos szervizközpontban cserélik. Igaz, arra kell számítani, hogy a vállalat tisztességes összeget vesz fel erre az eljárásra.

Mely cégek gyártanak vagy készítenek már hidrogén autókat?

Számos vállalat foglalkozik egy környezetbarát erőmű fejlesztésével. Íme az autómárkák, amelyeknek a tervezőirodájában már működési lehetőségei vannak, készek sorozatba lépni:

• A Mercedes-Benz egy GLC F-Cell crossover, amelynek értékesítésének kezdetét 2018-ban jelentették be, de eddig csak néhány németországi vállalat és minisztérium vásárolta meg. Nemrég bemutatták a hidrogén üzemanyagcellás traktor prototípusát, a GenH2-t;
• Hyundai - két évvel ezelőtt bemutatott Nexo prototípus;
• A BMW a hidrogén -hidrogén 7 prototípusa, amelyet a futószalagról szabadítottak fel. Egy 100 példányos tétel maradt a kísérleti szakaszban, de ez már valami.

Az Amerikában és Európában egyaránt megvásárolható részvényautók között megtalálható a Mirai, illetve a Toyota, illetve a Clarity modellje. Más vállalatok számára ez a fejlesztés továbbra is vagy rajzos változatban van, vagy nem működő prototípusként.

Toyota mirai

Honda tisztaság

Mennyibe kerül egy hidrogénüzemű autó?

A hidrogénautó költsége megfelelő. Ennek oka azok a nemesfémek, amelyek az üzemanyagcellák elektródáinak részét képezik (palládium vagy platina). Emellett egy modern autó számtalan biztonsági rendszerrel és az elektromos elemek működésének stabilizálásával van felszerelve, ami szintén anyagi erőforrásokat igényel.

Bár egy ilyen autó karbantartása (az üzemanyagcellák cseréjéig) nem sokkal drágább, mint a legújabb generációk közönséges autója. Vannak olyan országok, amelyek támogatják a hidrogéntermelést, de ezt is figyelembe véve átlagosan 11 és fél dollárt kell fizetni kilogrammonként. A motor típusától függően ez körülbelül száz kilométeres távolságra elegendő lehet.

Miért jobbak a hidrogénautók, mint az elektromos autók?

Ha hidrogénüzemet vesz üzemanyagcellákkal, akkor egy ilyen autó megegyezik az elektromos autóval, amelyet az utakon szoktunk látni. Az egyetlen különbség az, hogy az elektromos autót a hálózatról vagy egy benzinkút termináljáról töltik. A hidrogénszállítás önmagában termel áramot.

Ami az ilyen autók költségeit illeti, azok drágábbak. Például a Tesla modellek az alapkonfigurációban 45 ezer dollárba kerülnek. Japánból származó hidrogén-analógok 57 ezer köbért vásárolhatók meg. A bajorok viszont "zöld" üzemanyaggal értékesítik autóikat 50 ezer dollár áron.

Figyelembe véve a praktikumot, könnyebb feltölteni az autót benzinnel (ez körülbelül öt percet vesz igénybe), mint fél órát várni (gyors töltéssel, ami nem minden típusú akkumulátor esetében megengedett) a parkolóban. Ez plusz a hidrogénüzemek.

További plusz - az üzemanyagcellák nem igényelnek különösebb karbantartást, munkaidejük pedig elég hosszú. Ami az elektromos járműveket illeti, hatalmas akkumulátoruk körülbelül öt év múlva cserére szorul, mivel sok töltési-kisütési ciklus van benne. Fagyos hőmérsékleten az elektromos járművek akkumulátora sokkal gyorsabban lemerül, mint nyáron. De a hidrogén oxidációjának reakciója nem szenved ettől, és stabilan termeli az áramot.

Milyen kilátások vannak a hidrogénes autókra, és mikor fogják őket látni az úton?

Európában és az Egyesült Államokban már megtalálható a hidrogén autó. Azonban továbbra is a kíváncsiság kategóriájába tartoznak. És ma nincs sok kilátás.

Az a fő ok, hogy ez a fajta közlekedés hamarosan nem fogja feltölteni az összes ország útjait, a termelési kapacitás hiánya. Először meg kell állapítani a hidrogéntermelést. Ráadásul el kell érni egy olyan szintet, hogy a környezetbarátság mellett a legtöbb autós számára elérhető üzemanyag is legyen. A gáz termelésén kívül meg kell szervezni a szállítását (bár ehhez biztonságosan használhatja az autópályákat, amelyek mentén a metánt szállítják), valamint számos töltőállomást fel kell szerelni megfelelő terminálokkal.

Másodszor, minden autógyártónak komolyan korszerűsítenie kell a gyártósorokat, ami sok beruházást igényel. A globális járvány kitörése miatt instabil gazdaságban kevesen vállalnak ilyen kockázatokat.

Ha megnézzük az elektromos közlekedés fejlődésének ütemét, akkor a népszerűsítés folyamata nagyon gyorsan lezajlott. Az elektromos autók népszerűségének oka azonban az üzemanyag-megtakarítás képessége. És gyakran ez az első oka annak, hogy miért vásárolják meg őket, és nem a környezet megóvása érdekében. A hidrogén esetében nem lehet pénzt megtakarítani (legalábbis most), mert sokkal több energiát költenek előállítására.

A hidrogénmotorok előnyei és fő hátrányai

Tehát foglaljuk össze. A hidrogénüzemű motorok előnyei a következő tényezőket tartalmazzák:

• Környezetbarát kibocsátás;
• A tápegység csendes működése (elektromos vontatás);
• Üzemanyagcella használata esetén nem szükséges gyakori karbantartás;
• Gyors tankolás;
• Az elektromos járművekhez képest a meghajtórendszer és az energiaforrás fagypont alatt is stabilabban működik.

Bár a fejlesztés nem nevezhető újdonságnak, ennek ellenére mégis számos hiányossága van, amelyek arra ösztönzik az átlag autósokat, hogy körültekintően nézzenek rá. Itt van néhány közülük:

• A hidrogén meggyulladásához gáz halmazállapotúnak kell lennie. Ez bizonyos nehézségeket okoz. Például speciális drága kompresszorokra van szükség a könnyű gázok összenyomásához. Probléma van az üzemanyag megfelelő tárolásával és szállításával is, mivel az nagyon tűzveszélyes;
• Az autóra szerelt hengeret rendszeresen ellenőrizni kell. Ehhez az autósnak meg kell látogatnia egy speciális központot, és ez többletköltséget jelent;
• A hidrogénkocsikban nem használnak hatalmas akkumulátort, azonban a telepítés még mindig megfelelő súlyú, ami jelentősen befolyásolja a jármű dinamikai jellemzőit;
• Hidrogén - a legkisebb szikránál is meggyullad, így egy ilyen autóval járó balesetet súlyos robbanás kísér. Tekintettel arra, hogy egyes járművezetők felelőtlenül viszonyulnak saját biztonságukhoz és más közlekedők életéhez, ilyen járműveket még nem szabad az utakra engedni.

Figyelembe véve az emberiség tiszta környezet iránti érdeklődését, várhatóan áttörést fognak elérni a "zöld" közlekedés véglegesítésének kérdésében. De amikor ez megtörténik, csak az idő fogja megmondani.

Addig is nézze meg a Toyota Mirai videó áttekintését:

A hidrogén jövője? Toyota Mirai - TELJES ÁTTEKINTÉS és specifikációk | LiveFEED®

Kérdések és válaszok:

Miért veszélyes a hidrogénmotor? A hidrogénkeverék égése során a motor jobban felmelegszik, mint a benzin égésekor. Ennek eredményeként nagy a valószínűsége a dugattyúk, szelepek kiégésének és az egység túlterhelésének.

Hogyan kell tankolni egy hidrogénes autót? Egy ilyen autót gáz halmazállapotú hidrogénnel (cseppfolyósított vagy sűrített gázzal) táplálnak. Az üzemanyag tárolására 350-700 atmoszférára sűrítik, és a hőmérséklet elérheti a -259 fokot.

Hogyan működik a hidrogénes belsőégésű motor? Az autó egyfajta akkumulátorral van felszerelve. Az oxigén és a hidrogén speciális lemezeken halad át. Az eredmény egy kémiai reakció vízgőz és elektromosság felszabadulásával.