Test drive BMW dhe hidrogjen: pjesa e dytë

"Uji. Produkti i vetëm përfundimtar i motorëve të pastër të BMW-së është përdorimi i hidrogjenit të lëngshëm në vend të karburanteve të naftës dhe mundëson të gjithë të shijojnë teknologjitë e reja me një ndërgjegje të pastër."

Mënyra BMW

Këto fjalë janë një citim nga një fushatë reklamuese e një kompanie gjermane disa vite më parë. Për një kohë të gjatë askush nuk e vuri në dyshim faktin se bavarezët e dinë shumë mirë se çfarë po bëjnë kur bëhet fjalë për teknologjinë motorike dhe janë një nga liderët e padiskutueshëm botërorë në këtë fushë. As nuk do të mendohej se një kompani që ka treguar rritje solide të shitjeve vitet e fundit do të hidhte një ton parash në reklama pak të njohura për teknologjitë premtuese me një të ardhme të pasigurt.

Në të njëjtën kohë, megjithatë, fjalët e cituara janë pjesë e një fushate për të promovuar një version mjaft ekzotik me hidrogjen 745 orësh të flamurit të automobilistit bavarez. Ekzotike, sepse sipas BMW-së, kalimi në alternativa ndaj karburanteve hidrokarbure, që industria e automobilave ka ushqyer që në fillim, do të kërkojë një ndryshim në të gjithë infrastrukturën e prodhimit. Kjo e fundit është e nevojshme sepse bavarezët shohin një rrugë zhvillimi premtuese jo në qelizat e karburantit të reklamuara gjerësisht, por në shndërrimin e motorëve me djegie të brendshme për të punuar me hidrogjen. BMW beson se përmirësimi është një problem i zgjidhshëm dhe tashmë ka bërë përparim të rëndësishëm në zgjidhjen e problemit kryesor të arritjes së performancës së besueshme të motorit dhe eliminimit të prirjes së tij për procese të djegies së pakontrolluar duke përdorur hidrogjen të pastër. Suksesi në këtë drejtim është për shkak të kompetencës në fushën e kontrollit elektronik të proceseve të motorit dhe mundësisë së përdorimit të sistemeve fleksibël të shpërndarjes së gazit të patentuar nga BMW Valvetronic dhe Vanos, pa të cilat do të ishte e pamundur të sigurohet funksionimi normal i "motorëve me hidrogjen". . Megjithatë, hapat e parë në këtë drejtim datojnë në vitin 1820, kur projektuesi William Cecil krijoi një motor me karburant hidrogjeni që funksiononte sipas të ashtuquajturit "parimi i vakumit" - një skemë shumë e ndryshme nga ajo e motorit të shpikur më vonë me një motor të brendshëm. . djegie. Në zhvillimin e tij të parë të motorëve me djegie të brendshme 60 vjet më vonë, pionieri Otto përdori gazin sintetik të përmendur tashmë dhe qymyri me një përmbajtje hidrogjeni prej rreth 50%. Megjithatë, me shpikjen e karburatorit, përdorimi i benzinës është bërë shumë më praktik dhe më i sigurt, dhe karburanti i lëngshëm ka zëvendësuar të gjitha alternativat e tjera që kanë ekzistuar deri më tani. Vetitë e hidrogjenit si lëndë djegëse u rizbuluan shumë vite më vonë nga industria hapësinore, e cila shpejt zbuloi se hidrogjeni kishte raportin më të mirë të energjisë/masës nga çdo lëndë djegëse e njohur për njerëzimin.

Në korrik 1998, Shoqata Evropiane e Industrisë Automotive (ACEA) u angazhua për Bashkimin Evropian për të ulur emetimet e CO2008 nga automjetet e regjistruara rishtas në Bashkim me një mesatare prej 2 gramësh për kilometër me 140. Në praktikë, kjo do të thoshte një ulje prej 25% të emisioneve krahasuar me 1995, dhe konsumi mesatar i karburantit i flotës së re ishte rreth 6,0 l / 100 km. Në të ardhmen e afërt, masa shtesë pritet të ulin emetimet e dioksidit të karbonit me 14% deri në 2012. Kjo e bën detyrën për kompanitë e makinave jashtëzakonisht të vështira dhe, sipas ekspertëve të BMW, mund të zgjidhet ose duke përdorur lëndë djegëse me karbon të ulët ose duke eliminuar plotësisht karbonin nga përbërja e karburantit. Sipas kësaj teorie, hidrogjeni po rishfaqet në arenën e automobilave me gjithë lavdinë e tij.

Kompania bavareze ishte prodhuesi i parë i makinave që prodhoi në masë automjete me hidrogjen. Pretendimet optimiste dhe të sigurta të Profesor Burkhard Geschel, anëtar i bordit BMW përgjegjës për zhvillimet e reja, se "kompania do të shesë makina me hidrogjen përpara skadimit të Serisë 7 aktuale" janë bërë të vërteta. Me versionin e tij të fundit, Hydrogen 7, seria e shtatë, e prezantuar në 2006, me një motor 12 cilindra 260 kf. ky mesazh tashmë është bërë realitet. Qëllimi dukej mjaft ambicioz, por jo pa arsye. BMW ka eksperimentuar me motorë me djegie të brendshme që punojnë me hidrogjen që nga viti 1978, dhe më 11 maj 2000 bëri një demonstrim unik të mundësive të kësaj alternative. Një flotë mbresëlënëse me 15 750 hl automjete nga gjenerata e mëparshme e javës, e mundësuar nga motorë hidrogjen dymbëdhjetë cilindrash, përfundoi maratonën 170 km, duke theksuar suksesin e kompanisë dhe premtimin e teknologjisë së re. Në 000 dhe 2001, disa prej këtyre automjeteve vazhduan të merrnin pjesë në demonstrata të ndryshme në mbështetje të idesë së hidrogjenit. Atëherë ishte koha për një zhvillim të ri bazuar në 2002 Seritë e ardhshme, duke përdorur një motor modern 7-litërsh V-4,4 të aftë për një shpejtësi maksimale prej 212 km / h, i ndjekur nga zhvillimi më i fundit me një 12-cilindër V-XNUMX. Sipas mendimit zyrtar të kompanisë, arsyet pse BMW zgjodhi këtë teknologji mbi qelizat e karburantit janë komerciale dhe psikologjike. Së pari, kjo metodë do të kërkojë më pak investime nëse ndryshon infrastruktura e prodhimit. Së dyti, për shkak se njerëzit janë mësuar me motorin e vjetër të mirë të djegies, ata e pëlqejnë atë dhe do të jetë e vështirë të ndahet me të. Dhe së treti, në ndërkohë, doli se kjo teknologji po zhvillohet më shpejt se teknologjia e qelizave të karburantit.

Në makinat BMW, hidrogjeni ruhet në një enë kriogjenike super të izoluar, si një shishe termos e teknologjisë së lartë e zhvilluar nga grupi gjerman i ftohjes Linde. Në temperatura të ulëta të ruajtjes, karburanti është në fazën e lëngshme dhe hyn në motor si karburanti i zakonshëm.

Në këtë fazë, projektuesit e kompanisë së Mynihut u përqëndruan në injektimin indirekt të karburantit, dhe cilësia e përzierjes varet nga mënyra e funksionimit të motorit. Në modalitetin e ngarkesës së pjesshme, motori funksionon me përzierje të dobëta të ngjashme me karburantin dizel - ndryshimi bëhet vetëm në sasinë e karburantit të injektuar. Ky është i ashtuquajturi "kontroll i cilësisë" i përzierjes, në të cilën motori funksionon me ajër të tepërt, por për shkak të ngarkesës së ulët, formimi i emetimeve të azotit minimizohet. Kur ka nevojë për fuqi të konsiderueshme, motori fillon të punojë si një motor benzine, duke kaluar në të ashtuquajturin "kontroll sasior" të përzierjes dhe përzierjeve normale (jo të ligët). Këto ndryshime janë të mundshme, nga njëra anë, për shkak të shpejtësisë së kontrollit elektronik të proceseve në motor, dhe nga ana tjetër, për shkak të funksionimit fleksibël të sistemeve të kontrollit të shpërndarjes së gazit - Vanos "i dyfishtë", duke punuar në lidhje me Sistemi i kontrollit të marrjes Valvetronic pa mbytje. Duhet të kihet parasysh se, sipas inxhinierëve të BMW, skema e punës e këtij zhvillimi është vetëm një fazë e ndërmjetme në zhvillimin e teknologjisë dhe se në të ardhmen motorët do të kalojnë në injektimin e drejtpërdrejtë të hidrogjenit në cilindra dhe turbocharging. Këto teknika pritet të rezultojnë në dinamikë më të mirë të automjeteve sesa një motor benzine i krahasueshëm dhe një rritje të efikasitetit të përgjithshëm të motorit me djegie të brendshme me më shumë se 50%. Këtu ne me vetëdije u përmbajtëm nga prekja e temës së "qelizave të karburantit", pasi kjo çështje është përdorur në mënyrë aktive kohët e fundit. Në të njëjtën kohë, megjithatë, ne duhet t'i përmendim ato në kontekstin e teknologjisë së hidrogjenit të BMW, pasi projektuesit në Mynih vendosën të përdorin pajisje të tilla për të fuqizuar sistemin elektrik në makinë në makina, duke eleminuar plotësisht fuqinë konvencionale të baterisë. Kjo lëvizje lejon kursime shtesë të karburantit, pasi motori i hidrogjenit nuk duhet të drejtojë alternatorin dhe sistemi elektrik në bord bëhet plotësisht autonom dhe i pavarur nga rruga e lëvizjes - ai mund të gjenerojë energji elektrike edhe kur motori nuk është në punë, si dhe të prodhojë dhe konsumi i energjisë i jep vetes një optimizim të plotë. Fakti që vetëm aq energji elektrike sa nevojitet tani mund të prodhohet për të fuqizuar pompën e ujit, pompat e vajit, përforcuesit e frenave dhe sistemet me tela gjithashtu përkthehet në kursime shtesë. Sidoqoftë, paralelisht me të gjitha këto risi, sistemi i injektimit të karburantit (benzinë) praktikisht nuk pësoi ndryshime të shtrenjta të projektimit. Për të promovuar teknologjinë e hidrogjenit në qershor 2002, BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN krijuan programin e partneritetit CleanEnergy, i cili filloi me zhvillimin e stacioneve të mbushjes me hidrogjen të lëngshëm dhe të ngjeshur.

BMW është iniciatori i një sërë projektesh të tjera të përbashkëta, përfshirë me kompanitë e naftës, ndër të cilat pjesëmarrësit më aktivë janë Aral, BP, Shell, Total. Interesi në këtë fushë premtuese po rritet në mënyrë eksponenciale - në dhjetë vitet e ardhshme, vetëm BE-ja do të japë kontribute të drejtpërdrejta financiare në fondet për financimin e zhvillimit dhe zbatimit të teknologjive të hidrogjenit në shumën prej 2,8 miliardë euro. Vëllimi i investimeve të kompanive private në zhvillimin e “hidrogjenit” gjatë kësaj periudhe është i vështirë të parashikohet, por është e qartë se do të tejkalojë shumë herë zbritjet nga organizatat jofitimprurëse.

Hidrogjeni në motorët me djegie të brendshme

Është interesante të theksohet se, për shkak të vetive fizike dhe kimike të hidrogjenit, ai është shumë më i ndezshëm se benzina. Në praktikë, kjo do të thotë se nevojitet shumë më pak energji fillestare për të filluar procesin e djegies në hidrogjen. Nga ana tjetër, përzierjet shumë të dobëta mund të përdoren lehtësisht në motorët me hidrogjen - diçka që motorët modernë me benzinë ​​e arrijnë përmes teknologjive komplekse dhe të shtrenjta.

Nxehtësia midis grimcave të përzierjes hidrogjen-ajër shpërndahet më pak, dhe në të njëjtën kohë, temperatura e vetëndezjes dhe shpejtësia e proceseve të djegies janë shumë më të larta se ajo e benzinës. Hidrogjeni ka një densitet të ulët dhe një përhapje të fortë (mundësia e depërtimit të grimcave në një gaz tjetër - në këtë rast, në ajër).

Energjia e ulët e aktivizimit e nevojshme për vetëndezjen është një nga sfidat më të mëdha në kontrollin e proceseve të djegies në motorët me hidrogjen, sepse përzierja mund të ndizet lehtësisht spontanisht për shkak të kontaktit me zonat më të nxehta në dhomën e djegies dhe rezistencës ndaj ndjekjes së një zinxhiri procesesh plotësisht të pakontrolluara. Shmangia e këtij rreziku është një nga sfidat më të mëdha në zhvillimin e motorëve me hidrogjen, por nuk është e lehtë të eliminohen pasojat e faktit se një përzierje djegëse shumë difuze udhëton shumë afër mureve të cilindrit dhe mund të depërtojë në boshllëqe jashtëzakonisht të ngushta. siç janë valvulat e mbyllura, për shembull... E gjithë kjo duhet të merret parasysh gjatë projektimit të këtyre motorëve.

Një temperaturë e lartë e automjetit dhe një numër i lartë oktani (rreth 130) lejojnë një rritje të raportit të kompresimit të motorit dhe, për këtë arsye, efikasitetin e tij, por përsëri ekziston rreziku i automjetit të hidrogjenit nga kontakti me pjesën më të nxehtë. në cilindër. Avantazhi i kapacitetit të lartë të difuzionit të hidrogjenit është mundësia e përzierjes së lehtë me ajrin, i cili në rast të prishjes së rezervuarit garanton shpërndarje të shpejtë dhe të sigurt të karburantit.

Përzierja ideale ajër-hidrogjen për djegie ka një raport afërsisht 34:1 (për benzinën ky raport është 14,7:1). Kjo do të thotë se kur kombinohet e njëjta masë hidrogjeni dhe benzine në rastin e parë, kërkohet më shumë se dy herë më shumë ajër. Në të njëjtën kohë, përzierja hidrogjen-ajër merr shumë më shumë hapësirë, gjë që shpjegon pse motorët me hidrogjen kanë më pak fuqi. Një ilustrim thjesht dixhital i raporteve dhe vëllimeve është mjaft elokuent - dendësia e hidrogjenit të gatshëm për djegie është 56 herë më e vogël se ajo e avullit të benzinës. Megjithatë, duhet të theksohet se, në parim, motorët me hidrogjen mund të funksionojnë edhe me përzierje ajër-hidrogjen deri në 180:1 (d.m.th. përzierje shumë "të ligët"), që nga ana tjetër do të thotë se motori mund të operohet. pa valvul mbytëse dhe përdorni parimin e motorëve me naftë. Duhet të theksohet gjithashtu se hidrogjeni është lideri i padiskutueshëm në krahasimin e hidrogjenit dhe benzinës si burime energjie për sa i përket masës - një kilogram hidrogjen është pothuajse tre herë më intensive se një kilogram benzinë.

Ashtu si me motorët me benzinë, hidrogjeni i lëngshëm mund të injektohet drejtpërdrejt përpara valvulave në kolektorë, por zgjidhja më e mirë është injektimi direkt gjatë goditjes së kompresimit - në këtë rast, fuqia mund të tejkalojë atë të një motori të ngjashëm me benzinë ​​me 25%. Kjo është për shkak se karburanti (hidrogjeni) nuk e zhvendos ajrin si në një motor benzine ose me naftë, duke lejuar që vetëm ajri (dukshëm më shumë se zakonisht) të mbushë dhomën e djegies. Gjithashtu, ndryshe nga motorët me benzinë, motorët me hidrogjen nuk kanë nevojë për rrotullim strukturor sepse hidrogjeni shpërndahet mjaft mirë me ajër pa këtë masë. Për shkak të shkallëve të ndryshme të djegies në pjesë të ndryshme të cilindrit, është më mirë të vendosni dy kandele, dhe në motorët e hidrogjenit, përdorimi i elektrodave të platinit është jopraktik, pasi platini bëhet një katalizator që çon në oksidimin e karburantit në temperatura të ulëta.

H2R

H2R është një prototip supersport funksional i ndërtuar nga inxhinierët e BMW dhe i fuqizuar nga një motor me dymbëdhjetë cilindra që arrin një fuqi maksimale prej 285 kf kur fuqizohet nga hidrogjeni. Falë tyre, modeli eksperimental përshpejton nga 0 në 100 km / orë në gjashtë sekonda dhe arrin një shpejtësi maksimale prej 300 km / orë. Motori H2R bazohet në njësinë standarde të nivelit të lartë të përdorur në benzinë ​​760i dhe mori vetëm dhjetë muaj për t'u zhvilluar. Për të parandaluar djegien spontane, specialistët bavarez kanë zhvilluar një cikël të veçantë rrjedhjeje dhe strategjie të injektimit në dhomën e djegies, duke përdorur mundësitë e ofruara nga sistemet e ndryshueshme të kohës së valvulave të motorit. Para se përzierja të hyjë në cilindra, këta të fundit ftohen me ajër, dhe ndezja kryhet vetëm në pikën e sipërme të vdekur - për shkak të shkallës së lartë të djegies me karburant hidrogjeni, nuk kërkohet avancimi i ndezjes.

Gjetjet

Analiza financiare e tranzicionit në energjinë e pastër të hidrogjenit nuk është akoma shumë optimiste. Prodhimi, depozitimi, transportimi dhe furnizimi i gazit të lehtë janë akoma procese mjaft energjike dhe në fazën aktuale teknologjike të zhvillimit njerëzor një skemë e tillë nuk mund të jetë efektive. Sidoqoftë, kjo nuk do të thotë që kërkimi dhe kërkimi i zgjidhjeve nuk do të vazhdojnë. Propozimet për të gjeneruar hidrogjen nga uji duke përdorur energji elektrike nga panelet diellore dhe ta ruajnë atë në rezervuarë të mëdhenj tingëllojnë optimistë. Nga ana tjetër, procesi i gjenerimit të energjisë elektrike dhe hidrogjenit në fazën e gazit në shkretëtirën e Saharasë, transportimi i tij në Detin Mesdhe me tubacion, lëngëzimi dhe transportimi i tij me cisterna kriogjene, shkarkimi i tij në porte dhe përfundimisht transportimi i tij me kamion tingëllon pak qesharak për momentin ...

Një ide interesante u paraqit kohët e fundit nga kompania norvegjeze e naftës Norsk Hydro, e cila propozoi prodhimin e hidrogjenit nga gazi natyror në vendet e prodhimit në Detin e Veriut, dhe monoksidi i karbonit i mbetur u ruajt në fusha të varfëruar nën shtratin e detit. E vërteta qëndron diku në mes, dhe vetëm koha do ta tregojë se ku do të shkojë zhvillimi i industrisë së hidrogjenit.

Varianti Mazda

Kompania japoneze Mazda po tregon gjithashtu versionin e saj të motorit të hidrogjenit - në formën e një makine sportive RX-8 të njësisë rrotulluese. Kjo nuk është për t'u habitur, sepse tiparet e projektimit të motorit Wankel janë jashtëzakonisht të përshtatshme për përdorimin e hidrogjenit si lëndë djegëse. Gazi ruhet nën presion të lartë në një rezervuar të veçantë dhe karburanti injektohet direkt në dhomat e djegies. Për shkak të faktit se në rastin e motorëve rrotullues, zonat në të cilat bëhet injektimi dhe djegia janë të ndara, dhe temperatura në pjesën e thithjes është më e ulët, problemi i mundësisë së ndezjes së pakontrolluar zvogëlohet ndjeshëm. Motori Wankel gjithashtu ofron hapësirë ​​të mjaftueshme për dy injektorë, gjë që është jashtëzakonisht e rëndësishme për injektimin e sasisë optimale të hidrogjenit.