Водоник мотор. Како то функционише и недостаци

Мотори са унутрашњим сагоревањем нису се драматично појавили као засебни погонски агрегати. Уместо тога, класични мотор настао је као резултат усавршавања и побољшања топлотних мотора. Прочитајте о томе како се постепено појавила јединица, коју смо навикли да виђамо испод хаубе аутомобила. у посебном чланку.

Међутим, када се појавио први аутомобил опремљен мотором са унутрашњим сагоревањем, човечанство је добило самоходно возило које није захтевало стално храњење, попут коња. Много ствари се променило у моторима од 1885. године, али један недостатак остаје непромењен. Током сагоревања смеше бензина (или другог горива) и ваздуха, ослобађа се превише штетних материја које загађују животну средину.

Ако су се пре појаве самоходних возила архитекте европских земаља плашиле да ће се велики градови утопити у коњској балеги, данас становници мега градова дишу прљав ваздух.

Пооштравање еколошких стандарда за транспорт приморава произвођаче возила да развијају чистији погонски склоп. Дакле, многе компаније су заинтересоване за претходно створену технологију Ањоса Једлика - самоходна колица на електричну вучу, која су се појавила давне 1828. године. А данас се ова технологија толико учврстила у аутомобилском свету да никога нећете изненадити електричним аутомобилом или хибридом.

Али оно што је заиста охрабрујуће су електране којима је једино пуштање воде за пиће. То је мотор са водоником.

Шта је водоник мотор?

Ово је тип мотора који користи водоник као гориво. Употреба овог хемијског елемента смањиће исцрпљивање ресурса угљоводоника. Други разлог интереса за такве инсталације је смањење загађења животне средине.

У зависности од тога која врста мотора ће се користити у транспорту, његов рад ће се разликовати од класичног мотора са унутрашњим сагоревањем или ће бити идентичан.

Кратка историја

Водонични мотори са унутрашњим сагоревањем појавили су се у истом периоду када се ИЦЕ принцип развијао и унапређивао. Француски инжењер и проналазач дизајнирао је своју верзију мотора са унутрашњим сагоревањем. Гориво које је користио у свом развоју је водоник, који се појављује као резултат електролизе Х.₂А. 1807. године појавио се први аутомобил са водоником.

Исаац Де Риваз је 1807. године поднео патент за развој трактора за војну опрему. предложио је употребу водоника као једне од енергетских јединица.

Погонска јединица је била клипна, а паљење у њој је настало због стварања варнице у цилиндру. Истина, за прво стварање изумитеља било је потребно ручно генерисање варница. После само две године, завршио је свој посао и родило се прво самоходно возило на водоник.

Међутим, у то време развоју није придаван значај, јер гас није тако лако добити и складиштити као бензин. Водонични мотори су се практично користили у Лењинграду током блокаде из друге половине 1941. године. Иако, морамо признати да то нису биле искључиво водоничне јединице. То су били обични мотори са унутрашњим сагоревањем ГАЗ, само што за њих није било горива, али је у то време било доста плина, јер су их напајали балони.

У првој половини 80-их многе државе, не само европске, већ и Америка, Русија и Јапан, обавезале су се да експериментишу са овом врстом инсталација. Дакле, 1982. године, заједничким радом фабрике Квант и аутомобилског предузећа РАФ, појавио се комбиновани мотор који је радио на мешавини водоника и ваздуха, а као извор енергије коришћена је батерија од 5 кВ / х.

Од тада су разне земље покушавале да уведу "зелена" возила у своје моделе, али у већини случајева такви аутомобили су или остали у категорији прототипа или су имали врло ограничену серију.

Како то ради

С обзиром да данас постоји много погонских мотора ове категорије, у сваком појединачном случају постројење за водоник ће радити по свом принципу. Размотрите како функционише једна модификација која може заменити класични мотор са унутрашњим сагоревањем.

У таквом мотору ће се дефинитивно користити горивне ћелије. Они су нека врста генератора који активирају електрохемијску реакцију. Унутар уређаја водоник се оксидира, а резултат реакције је ослобађање електричне енергије, водене паре и азота. У таквој инсталацији се не емитује угљен-диоксид.

Возило засновано на сличној јединици је исто електрично возило, само што је батерија у њему много мања. Горивна ћелија ствара довољно енергије за рад свих система возила. Једино упозорење је да од почетка процеса до стварања енергије може потрајати око 2 минута. Али максимални учинак инсталације почиње након загревања система, што траје од четврт сата до 60 минута.

Тако да електрана не ради узалуд, и није потребно унапред припремити превоз за пут, у њу је уграђена конвенционална батерија. Током вожње пуни се због опоравка, а потребан је искључиво за покретање аутомобила.

Такав аутомобил је опремљен цилиндром различитих запремина, у који се пумпа водоник. У зависности од начина вожње, величине аутомобила и снаге електричне инсталације, један килограм бензина може бити довољан за 100 километара путовања.

Водонични типови мотора

Иако постоји неколико модификација хидрогенских мотора, све оне спадају у две врсте:

• Тип јединице са горивом ћелијом;
• Модификовани мотор са унутрашњим сагоревањем, прилагођен за рад на водоник.

Размотримо сваку врсту одвојено: које су њихове особине.

Електране на бази водоничних горивних ћелија

Горивна ћелија је заснована на принципу батерије, у којој се одвија електрохемијски процес. Једина разлика између аналога водоника је већа ефикасност (у неким случајевима и више од 45 процената).

Горивна ћелија је једна комора у којој су смештена два елемента: катода и анода. Обе електроде су пресвучене платином (или паладијумом). Између њих се налази мембрана. Шупљину дели на две коморе. Кисеоник се доводи у шупљину са катодом, а водоник у другу.

Као резултат, долази до хемијске реакције чији је резултат комбинација молекула кисеоника и водоника са ослобађањем електричне енергије. Нежељени ефекат процеса је ослобађање воде и азота. Електроде горивних ћелија су повезане са електричним кругом аутомобила, укључујући и електромотор.

Водонични мотори са унутрашњим сагоревањем

У овом случају, иако се мотор назива водоник, он има идентичну структуру као и конвенционални ИЦЕ. Разлика је само у томе што не гори бензин или пропан, већ водоник. Ако цилиндар напуните водоником, онда постоји један проблем - овај гас ће смањити ефикасност конвенционалне јединице за око 60 процената.

Ево још неколико проблема са преласком на водоник без надоградње мотора:

• Када се ХТС стисне, гас ће ући у хемијску реакцију са металом од којег су направљене комора за сагоревање и клип, а често се то може догодити и са моторним уљем. Због тога се у комори за сагоревање формира још једно једињење, које се не одликује посебном способношћу висококвалитетног сагоревања;
• Празнине у комори за сагоревање морају бити савршене. Ако негде систем за гориво има барем минимално цурење, гас ће се лако запалити у додиру са врућим предметима.

Мотор за Хонда Цларити

Из ових разлога је практичније користити водоник као гориво у ротационим моторима (која је њихова карактеристика, прочитајте овде). Усисни и издувни колектори таквих јединица налазе се одвојено један од другог, тако да се гас на улазу не загрева. Било како било, док се мотори модернизују како би се заобишли проблеми употребе јефтинијег и еколошки прихватљивијег горива.

Колико траје живот горивих ћелија?

Данас су широм света такви аутомобили врло ретки и још увек нису у серији, тешко је рећи који ресурс има овај извор енергије. Занатлије у овом погледу још немају искуства.

Једино што се може рећи је да је према изјавама представника Тоиоте, горивна ћелија њиховог серијског аутомобила Мираи способна да непрекидно производи енергију до 250 хиљада километара. Након ове прекретнице, морате пратити ефикасност уређаја. Ако су његове перформансе значајно опале, горивна ћелија се мења у овлашћеном сервисном центру. Истина, треба очекивати да ће компанија узети пристојан износ за ову процедуру.

Које компаније већ производе или ће правити аутомобиле на водоник?

Многе компаније се баве развојем еколошки прихватљиве енергетске јединице. Ево ауто марки, у дизајнерском бироу којих већ постоје опције које су спремне за серију:

• Мерцедес-Бенз је цроссовер ГЛЦ Ф-Целл, чији је почетак продаје најављен 2018. године, али до сада су га купила само нека предузећа и министарства Немачке. Прототип трактора са водоничним ћелијама на горивне ћелије, ГенХ2, недавно је представљен;
• Хиундаи - прототип Неко представљен пре две године;
• БМВ је прототип водониковог водоника 7, који је пуштен са производне траке. Серија од 100 примерака остала је у експерименталној фази, али то је већ нешто.

Међу аутомобилима на берзи који се могу купити у Америци и Европи су модели Мираи и Цларити од Тоиоте, односно Хонде. За остале компаније овај развој је још увек у верзији за цртање или као нерадни прототип.

Тоиота Мираи

Хонда јасноћа

Колико кошта аутомобил на водоник?

Трошак аутомобила на водоник је пристојан. Разлог томе су племенити метали који су део електрода горивних ћелија (паладијум или платина). Такође, савремени аутомобил опремљен је безброј сигурносних система и стабилизацијом рада електричних елемената, што такође захтева материјална средства.

Иако одржавање таквог аутомобила (док се не замене горивне ћелије) није много скупље од обичног аутомобила последњих генерација. Постоје земље које спонзоришу производњу водоника, али чак и узимајући то у обзир, мораћете да платите у просеку 11 и по долара по килограму гаса. У зависности од типа мотора, ово може бити довољно за удаљеност од стотинак километара.

Зашто су аутомобили на водоник бољи од електричних аутомобила?

Ако узмете постројење за водоник са горивим ћелијама, онда ће такав аутомобил бити идентичан електричном аутомобилу који смо навикли да виђамо на путевима. Једина разлика је у томе што се електрични аутомобил пуни из мреже или са терминала на бензинској пумпи. Транспорт водоника сам производи електричну енергију за себе.

Што се тиче трошкова таквих аутомобила, они су скупљи. На пример, Теслини модели у основној конфигурацији коштаће од 45 хиљада долара. Аналоги водоника из Јапана могу се купити за 57 хиљада цу. Баварци, пак, продају своје аутомобиле на „зеленом“ гориву по цени од 50 хиљада долара.

С обзиром на практичност, лакше је напунити аутомобил бензином (трајаће око пет минута) него чекати пола сата (са брзим пуњењем, што није дозвољено за све врсте батерија) на паркингу. Ово је плус биљака са водоником.

Још један плус - горивим ћелијама није посебно потребно одржавање, а њихов радни век је прилично велик. Што се тиче електричних возила, њихова огромна батерија ће требати замену за око пет година због чињенице да има много циклуса пражњења и пражњења. При температурама смрзавања, батерија у електричним возилима се празни много брже него лети. Али елемент на реакцији оксидације водоника не пати од тога и стабилно производи електричну енергију.

Какве су перспективе за аутомобиле са водоником и када ће се они видети на путу?

У Европи и Сједињеним Државама аутомобил са водоником се већ може наћи. Међутим, они су и даље у категорији радозналости. А данас нема много изгледа.

Главни разлог што ова врста превоза неће ускоро попунити путеве свих земаља је недостатак производних капацитета. Прво, неопходно је успоставити производњу водоника. Штавише, неопходно је достићи такав ниво да је, поред еколошке прихватљивости, и гориво доступно већини аутомобилиста. Поред производње овог гаса, неопходно је организовати и његов транспорт (мада за то можете безбедно да користите аутопутеве којима се превози метан), као и да многе бензинске станице опремите одговарајућим терминалима.

Друго, сваки произвођач аутомобила мораће озбиљно модернизовати производне линије, што захтева значајна улагања. У нестабилној економији услед избијања глобалне епидемије, мало ко ће преузети такве ризике.

Ако се погледа темпо развоја електричног транспорта, процес популаризације одвијао се врло брзо. Међутим, разлог популарности електричних аутомобила је могућност уштеде на гориву. И то је често први разлог зашто се купују, а не ради очувања животне средине. У случају водоника, неће бити могуће уштедети новац (бар сада), јер се на његову производњу троши много више енергије.

Предности и главни недостаци мотора на водоник

Дакле, хајде да резимирамо. Предности мотора на водоник укључују следеће факторе:

• Еколошки прихватљива емисија;
• Тихи рад погонске јединице (електрична вуча);
• У случају употребе горивне ћелије, није потребно често одржавање;
• Брзо пуњење горивом;
• У поређењу са електричним возилима, погонски систем и извор енергије функционишу стабилније чак и при температурама смрзавања.

Иако се развој не може назвати новином, он ипак има низ недостатака који наводе просечног аутомобилисту да на њега гледа опрезно. Ево неких од њих:

• Да би се водоник запалио, мора бити у гасовитом стању. То ствара одређене потешкоће. На пример, потребни су посебни скупи компресори за компресовање лаких гасова. Такође постоји проблем са правилним складиштењем и транспортом горива, јер је лако запаљиво;
• Цилиндар, који ће бити инсталиран на аутомобилу, мораће периодично да се проверава. Да би то урадио, аутомобилиста ће морати да посети специјализовани центар, а то је додатни трошак;
• Аутомобил са водоником не користи огромну батерију, међутим, инсталација и даље пристојно тежи, што значајно утиче на динамичке карактеристике возила;
• Водоник - запали се на најмању искру, па ће несрећу у којој је учествовао такав аутомобил пратити озбиљна експлозија. С обзиром на неодговоран однос неких возача према сопственој безбедности и животима других учесника у саобраћају, таква возила још увек не могу бити пуштена на путеве.

Узимајући у обзир интерес човечанства за чисту животну средину, треба очекивати да ће се направити напредак у питању финализације „зеленог“ транспорта. Али када се ово догоди, само ће време показати.

У међувремену, погледајте видео преглед на Тоиоти Мираи:

Будућност на водонику? Тоиота Мираи - ПОТПУНИ ПРЕГЛЕД и спецификације | ЛивеФЕЕД®

Питања и одговори:

Зашто је мотор на водоник опасан? Током сагоревања мешавине водоника, мотор се загрева више него при сагоревању бензина. Као резултат, постоји велика вероватноћа изгарања клипова, вентила и преоптерећења јединице.

Како напунити ауто на водоник? Такав аутомобил се пуни водоником у гасовитом стању (течни или компримовани гас). За складиштење горива, компримује се на 350-700 атмосфера, а температура може да достигне -259 степени.

Како функционише мотор са унутрашњим сагоревањем на водоник? Аутомобил је опремљен неком врстом батерије. Кисеоник и водоник пролазе кроз посебне плоче. Резултат је хемијска реакција са ослобађањем водене паре и електричне енергије.