Makina ng hydrogen. Paano ito gumagana at disbentahe

Ang panloob na mga engine ng pagkasunog ay hindi lumitaw bilang magkakahiwalay na mga powertrains na kapansin-pansing. Sa halip, ang klasikong motor ay nagmula bilang isang resulta ng pagpipino at pagpapabuti ng mga heat engine. Basahin ang tungkol sa kung paano ang yunit, na nakasanayan na naming makita sa ilalim ng hood ng mga kotse, ay unti-unting lumitaw. sa isang hiwalay na artikulo.

Gayunpaman, nang lumitaw ang unang kotse na nilagyan ng panloob na engine ng pagkasunog, nakatanggap ang sangkatauhan ng isang self-propelled na sasakyan na hindi nangangailangan ng palaging pagpapakain, tulad ng isang kabayo. Maraming mga bagay ang nagbago sa mga motor mula pa noong 1885, ngunit ang isang sagabal ay nananatiling hindi nagbabago. Sa panahon ng pagkasunog ng isang pinaghalong gasolina (o iba pang gasolina) at hangin, masyadong maraming mga nakakapinsalang sangkap ang pinakawalan na nagdudumi sa kapaligiran.

Kung bago ang pagdating ng mga self-propelled na sasakyan, ang mga arkitekto ng mga bansa sa Europa ay natakot na ang malalaking lungsod ay malunod sa dumi ng kabayo, ngayon ang mga naninirahan sa megalopolises ay humihinga ng maruming hangin.

Ang paghihigpit ng mga pamantayan sa kapaligiran para sa transportasyon ay pinipilit ang mga tagagawa ng sasakyan na bumuo ng isang mas malinis na powertrain. Kaya, maraming mga kumpanya ang interesado sa dating nilikha na teknolohiya ng Anjos Jedlik - isang self-propelled cart sa electric traction, na lumitaw noong 1828. At ngayon ang teknolohiyang ito ay naging matatag na itinatag sa mundo ng automotive na hindi mo sorpresahin ang sinuman na may isang de-kuryenteng kotse o isang hybrid.

Ngunit ang talagang nakapagpapatibay ay ang mga planta ng kuryente, ang tanging paglabas nito ay ang inuming tubig. Ito ay isang hydrogen engine.

Ano ang isang hydrogen engine?

Ito ay isang uri ng makina na gumagamit ng hydrogen bilang fuel. Ang paggamit ng sangkap na ito ng kemikal ay magbabawas ng pagkaubos ng mga mapagkukunang hydrocarbon. Ang pangalawang dahilan para sa interes sa mga naturang pag-install ay ang pagbawas ng polusyon sa kapaligiran.

Nakasalalay sa anong uri ng motor ang gagamitin sa transportasyon, ang operasyon nito ay magkakaiba mula sa klasikong panloob na engine ng pagkasunog o magkapareho.

Maikling kasaysayan

Ang mga panloob na engine ng panloob na pagkasunog ay lumitaw sa parehong panahon kung kailan ang prinsipyo ng ICE ay nabuo at napabuti. Ang isang French engineer at imbentor ay nagdisenyo ng kanyang sariling bersyon ng isang panloob na combustion engine. Ang fuel na ginamit niya sa kanyang pag-unlad ay hydrogen, na lumilitaw bilang isang resulta ng electrolysis ng H₂A. Noong 1807, lumitaw ang unang kotse na hydrogen.

Si Isaac De Rivaz noong 1807 ay nag-file ng isang patent para sa pagpapaunlad ng isang traktor para sa kagamitan sa militar. iminungkahi niya ang paggamit ng hydrogen bilang isa sa mga yunit ng kuryente.

Ang yunit ng kuryente ay piston, at ang pag-aapoy dito ay naganap dahil sa pagbuo ng isang spark sa silindro. Totoo, ang unang paglikha ng imbentor ay nangangailangan ng manu-manong pagbuo ng spark. Pagkalipas lamang ng dalawang taon, natapos niya ang kanyang trabaho, at ang unang self-propelled hydrogen na sasakyan ay isinilang.

Gayunpaman, sa oras na iyon, ang pag-unlad ay hindi binigyan ng kahalagahan, sapagkat ang gas ay hindi madaling makuha at maiimbak tulad ng gasolina. Ang mga hydrogen motor ay praktikal na ginamit sa Leningrad sa panahon ng pagbara mula sa ikalawang kalahati ng 1941. Bagaman, dapat nating aminin na ang mga ito ay hindi eksklusibong mga yunit ng hydrogen. Ang mga ito ay ordinaryong GAZ panloob na mga engine ng pagkasunog, wala lamang gasolina para sa kanila, ngunit maraming gas sa oras na iyon, dahil sila ay pinalakas ng mga lobo.

Sa unang kalahati ng 80s, maraming mga bansa, hindi lamang ang mga Europa, kundi pati na rin ang Amerika, Russia at Japan ang nagsimulang mag-eksperimento sa ganitong uri ng mga pag-install. Kaya, noong 1982, sa magkasanib na gawain ng halaman ng Kvant at ng RAF automobile enterprise, lumitaw ang isang pinagsamang motor, na tumakbo sa isang halo ng hydrogen at air, at isang 5 kW / h na baterya ang ginamit bilang isang mapagkukunan ng enerhiya.

Mula noon, ang iba't ibang mga bansa ay gumawa ng mga pagtatangka upang ipakilala ang "berde" na mga sasakyan sa kanilang mga linya ng modelo, ngunit sa karamihan ng mga kaso ang mga nasabing sasakyan alinman ay mananatili sa kategoryang prototype o may isang napaka-limitadong edisyon.

Paano ito gumagana

Dahil ngayon maraming mga operating motor ng kategoryang ito, sa bawat indibidwal na kaso ang hydrogen plant ay gagana ayon sa sarili nitong prinsipyo. Isaalang-alang kung paano gumagana ang isang pagbabago na maaaring palitan ang klasikong panloob na engine ng pagkasunog.

Sa gayong motor, tiyak na gagamitin ang mga fuel cell. Ang mga ito ay isang uri ng mga generator na nagpapagana ng isang electrochemical reaksyon. Sa loob ng aparato, ang hydrogen ay oxidized, at ang reaksyon ay nagreresulta sa paglabas ng kuryente, singaw ng tubig at nitrogen. Ang carbon dioxide ay hindi inilalabas sa naturang pag-install.

Ang isang sasakyan batay sa isang katulad na yunit ay pareho ng de-kuryenteng sasakyan, ang baterya lamang nito ang mas maliit. Ang fuel cell ay bumubuo ng sapat na enerhiya upang mapatakbo ang lahat ng mga sistema ng sasakyan. Ang nag-iingat lamang na mula sa simula ng proseso hanggang sa pagbuo ng enerhiya, maaaring tumagal ng halos 2 minuto. Ngunit ang maximum na output ng pag-install ay nagsisimula pagkatapos ng pag-init ng system, na tumatagal mula sa isang kapat ng isang oras hanggang 60 minuto.

Upang ang planta ng kuryente ay hindi gagana nang walang kabuluhan, at hindi kinakailangan na ihanda nang maaga ang transportasyon para sa biyahe, isang maginoo na baterya ang naka-install dito. Habang nagmamaneho, recharged ito dahil sa recuperation, at kailangan ito ng eksklusibo para sa pagsisimula ng kotse.

Ang nasabing isang kotse ay nilagyan ng isang silindro ng iba't ibang mga volume, kung saan ang hydrogen ay pumped. Nakasalalay sa mode ng pagmamaneho, ang laki ng kotse at ang lakas ng pag-install ng elektrisidad, ang isang kilo ng gas ay maaaring sapat para sa 100 na kilometrong paglalakbay.

Mga uri ng hydrogen engine

Bagaman maraming mga pagbabago ng mga hydrogen engine, lahat sila ay nahulog sa dalawang uri:

• Uri ng yunit na may fuel cell;
• Binago ang panloob na engine ng pagkasunog, inangkop upang mapatakbo sa hydrogen.

Isaalang-alang natin nang hiwalay ang bawat uri: ano ang kanilang mga tampok.

Ang mga halaman ng kuryente batay sa mga hydrogen fuel cells

Ang fuel cell ay batay sa prinsipyo ng isang baterya, kung saan nagaganap ang isang proseso ng electrochemical. Ang pagkakaiba lamang sa pagitan ng hydrogen analogue ay ang mas mataas na kahusayan (sa ilang mga kaso, higit sa 45 porsyento).

Ang fuel cell ay isang solong silid na naglalaman ng dalawang elemento: ang cathode at ang anode. Ang parehong mga electrode ay pinahiran ng platinum (o palyadium). Ang isang lamad ay matatagpuan sa pagitan nila. Hinahati nito ang lukab sa dalawang silid. Ang oxygen ay ibinibigay sa lukab na may katod, at ang hydrogen ay ibinibigay sa pangalawa.

Bilang isang resulta, naganap ang isang reaksyong kemikal, ang resulta nito ay ang pagsasama ng oxygen at hydrogen Molekyul sa paglabas ng kuryente. Ang isang epekto ng proseso ay ang tubig at nitrogen na pinakawalan. Ang mga fuel cell electrode ay konektado sa electrical circuit ng kotse, kabilang ang electric motor.

Mga panloob na engine ng pagkasunog ng hydrogen

Sa kasong ito, bagaman ang engine ay tinawag na hydrogen, mayroon itong magkatulad na istraktura bilang isang maginoong ICE. Ang pagkakaiba lamang ay hindi ang gasolina o propane ang nasusunog, ngunit ang hydrogen. Kung pinunan mo ang isang silindro ng hydrogen, pagkatapos ay may isang problema - babawasan ng gas na ito ang kahusayan ng isang maginoo na yunit ng halos 60 porsyento.

Narito ang ilang iba pang mga problema sa paglipat sa hydrogen nang hindi ina-upgrade ang engine:

• Kapag ang HTS ay nai-compress, ang gas ay papasok sa isang reaksyon ng kemikal na may metal na kung saan ginawa ang silid ng pagkasunog at piston, at madalas ay maaari rin itong mangyari sa langis ng engine. Dahil dito, nabuo ang isa pang compound sa silid ng pagkasunog, na hindi naiiba sa isang espesyal na kakayahang magsunog ng maayos;
• Ang mga puwang sa silid ng pagkasunog ay dapat na perpekto. Kung sa isang lugar ang sistema ng gasolina ay may hindi bababa sa kaunting tagas, ang gas ay madaling mag-apuy sa pakikipag-ugnay sa mga maiinit na bagay.

Engine para sa Kalinawan ng Honda

Para sa mga kadahilanang ito, mas praktikal na gamitin ang hydrogen bilang isang fuel sa rotary engine (kung ano ang kanilang tampok, basahin dito). Ang mga manifold ng paggamit at tambutso ng naturang mga yunit ay matatagpuan nang magkahiwalay sa bawat isa, kaya't ang gas sa papasok ay hindi umiinit. Maging ganoon, habang ang mga makina ay binago sa paggawa ng paraan upang maiwasan ang mga problema sa paggamit ng mas mura at mas kapaligiran na gasolina.

Gaano katagal ang buhay ng serbisyo ng mga fuel cells?

Sa buong mundo ngayon, ang mga naturang sasakyan ay napakabihirang, at wala pa sila sa serye, mahirap sabihin kung anong mapagkukunan ang pinagkukunan ng enerhiya na ito. Ang mga artesano ay wala pang karanasan sa bagay na ito.

Ang tanging masasabi lamang ay ayon sa mga pahayag ng mga kinatawan ng Toyota, ang fuel cell ng kanilang production car na Mirai ay may kakayahang hindi mapigilan na makabuo ng enerhiya hanggang sa 250 libong kilometro. Matapos ang milyahe na ito, kailangan mong subaybayan ang pagiging epektibo ng aparato. Kung kapansin-pansin na nabawasan ang pagganap nito, ang fuel cell ay binago sa isang awtorisadong sentro ng serbisyo. Totoo, dapat asahan ng isa na ang kumpanya ay kukuha ng disenteng halaga para sa pamamaraang ito.

Aling mga kumpanya ang gumagawa na o gagawa ng mga hydrogen car?

Maraming mga kumpanya ang nakikibahagi sa pagbuo ng isang yunit ng kuryente na madaling gamitin sa kapaligiran. Narito ang mga tatak ng awto, sa bureau ng disenyo kung saan mayroon nang mga pagpipilian sa pagtatrabaho, handa nang pumunta sa serye:

• Ang Mercedes-Benz ay isang crossover ng GLC F-Cell, ang simula ng mga benta na ito ay inihayag noong 2018, ngunit hanggang ngayon iilan lamang sa mga negosyo at ministro ng Alemanya ang nakakuha nito. Ang isang prototype hydrogen fuel cell tractor unit, ang GenH2, ay kamakailan lamang naipakilala;
• Hyundai - Nexo prototype ipinakilala dalawang taon na ang nakakaraan;
• Ang BMW ay isang prototype ng hydrogen Hydrogen 7, na pinakawalan mula sa linya ng pagpupulong. Isang pangkat ng 100 mga kopya ang nanatili sa yugto ng pang-eksperimentong, ngunit ito ay mayroon nang isang bagay.

Kabilang sa mga stock car na maaaring mabili kapwa sa Amerika at sa Europa ay ang mga modelo ng Mirai at Clarity mula sa Toyota at Honda, ayon sa pagkakabanggit. Para sa natitirang mga kumpanya, ang pag-unlad na ito ay nasa bersyon pa rin ng pagguhit, o bilang isang hindi gumaganang prototype.

Toyota mirai

Kalinawan ng Honda

Magkano ang gastos ng kotse na pinapatakbo ng hydrogen?

Ang gastos ng isang kotse na hydrogen ay disente. Ang dahilan dito ay ang mga mahahalagang metal na bahagi ng mga electrode ng fuel cells (palladium o platinum). Gayundin, ang isang modernong kotse ay nilagyan ng hindi mabilang na mga sistema ng seguridad at pagpapatatag ng pagpapatakbo ng mga de-koryenteng elemento, na nangangailangan din ng mga mapagkukunang materyal.

Bagaman ang pagpapanatili ng naturang kotse (hanggang sa mapalitan ang mga fuel cell) ay hindi gaanong mas mahal kaysa sa isang ordinaryong kotse ng pinakabagong henerasyon. Mayroong mga bansa na nagtataguyod sa paggawa ng hydrogen, ngunit kahit na isinasaalang-alang ito, babayaran mo ang average na 11 at kalahating dolyar bawat kilo ng gas. Nakasalalay sa uri ng makina, maaari itong sapat para sa distansya na halos isang daang kilometro.

Bakit mas mahusay ang mga hydrogen car kaysa sa mga electric car?

Kung kukuha kami ng isang halaman ng hydrogen na may mga fuel cell, kung gayon ang naturang kotse ay magkapareho sa de-kuryenteng kotse na nakasanayan nating makita sa mga kalsada. Ang pagkakaiba lamang ay ang kuryenteng kotse ay sinisingil mula sa network o mula sa isang terminal sa isang istasyon ng gas. Ang hydrogen transport mismo ay bumubuo ng elektrisidad para sa sarili.

Tulad ng para sa gastos ng naturang mga kotse, mas mahal ang mga ito. Halimbawa, ang mga modelo ng Tesla sa pangunahing pagsasaayos ay nagkakahalaga mula 45 libong dolyar. Ang mga hydrogen analogues mula sa Japan ay maaaring mabili sa halagang 57 libong mga yunit. Ang mga taga-Bavaria naman ay nagbebenta ng kanilang mga sasakyan sa "berde" na gasolina sa halagang 50 libong dolyar.

Kung isasaalang-alang ang pagiging praktiko, mas madaling punan ang kotse ng gas (tatagal ng limang minuto) kaysa maghintay ng kalahating oras (na may mabilis na pagsingil, na hindi pinahihintulutan para sa lahat ng uri ng mga baterya) sa parking lot. Ito ang plus ng mga halaman na hydrogen.

Isa pang plus - fuel cells ay hindi partikular na nangangailangan ng pagpapanatili, at ang kanilang buhay sa pagtatrabaho ay malaki. Tulad ng para sa mga de-koryenteng sasakyan, ang kanilang malaking baterya ay mangangailangan ng kapalit sa loob ng limang taon dahil sa ang katunayan na ito ay maraming mga cycle ng pag-charge-debit. Sa mga nagyeyelong temperatura, ang baterya sa mga de-koryenteng sasakyan ay pinalabas nang mas mabilis kaysa sa tag-init. Ngunit ang elemento sa reaksyon ng hydrogen oxidation ay hindi nagdurusa dito at matatag na gumagawa ng kuryente.

Ano ang mga prospect para sa mga hydrogen car at kailan ito makikita sa kalsada?

Sa Europa at Estados Unidos, mahahanap na ang kotse na hydrogen. Gayunpaman, nasa kategorya pa rin sila ng kuryusidad. At ngayon may kaunting mga prospect.

Ang pangunahing dahilan na ang ganitong uri ng transportasyon ay hindi kaagad pupunan ang mga kalsada ng lahat ng mga bansa ay ang kakulangan ng kapasidad sa produksyon. Una, kinakailangan upang maitaguyod ang produksyon ng hydrogen. Bukod dito, kinakailangan upang maabot ang isang antas na, bilang karagdagan sa kabaitan sa kapaligiran, magagamit din ito sa karamihan ng mga motorista. Bilang karagdagan sa paggawa ng gas na ito, kinakailangan upang ayusin ang transportasyon nito (kahit na para sa ito maaari mong ligtas na magamit ang mga haywey sa kahabaan ng transportasyon ng methane), pati na rin magbigay ng kasangkapan sa maraming mga istasyon ng pagpuno na may naaangkop na mga terminal.

Pangalawa, ang bawat automaker ay kailangang seryosong gawing makabago ang mga linya ng produksyon, na nangangailangan ng malaking pamumuhunan. Sa isang hindi matatag na ekonomiya dahil sa pagsiklab ng isang pandaigdigang epidemya, iilan ang tatanggap ng gayong mga panganib.

Kung titingnan mo ang bilis ng pag-unlad ng de-koryenteng transportasyon, ang proseso ng pagpapasikat sa napakabilis na naganap. Gayunpaman, ang dahilan para sa katanyagan ng mga de-kuryenteng kotse ay ang kakayahang makatipid sa gasolina. At ito ang madalas na unang dahilan kung bakit sila binili, at hindi alang-alang sa pangangalaga ng kapaligiran. Sa kaso ng hydrogen, hindi posible na makatipid ng pera (hindi bababa sa ngayon), dahil mas maraming enerhiya ang ginugol sa paggawa nito.

Mga kalamangan at pangunahing kawalan ng mga hydrogen engine

Kaya, buod natin. Ang mga kalamangan ng mga hydrogen fuel engine ay nagsasama ng mga sumusunod na kadahilanan:

• Paglabas sa kapaligiran
• Tahimik na pagpapatakbo ng yunit ng kuryente (electric traction);
• Sa kaso ng paggamit ng isang fuel cell, hindi kinakailangan ang madalas na pagpapanatili;
• Mabilis na refueling;
• Kung ikukumpara sa mga de-koryenteng sasakyan, ang sistema ng propulsyon at mapagkukunan ng enerhiya ay mas nagpapatakbo kahit na sa mga nagyeyelong temperatura.

Bagaman ang pag-unlad ay hindi maaaring tawaging isang bago, gayunpaman, mayroon pa rin itong mga kakulangan na pumukaw sa average na motorista na tingnan ito nang may pag-iingat. Narito ang ilan sa mga ito:

• Para mag-apoy ang hydrogen, dapat ito ay nasa isang puno ng gas. Lumilikha ito ng ilang mga paghihirap. Halimbawa, kinakailangan ang mga espesyal na mamahaling compressor upang mai-compress ang mga light gas. Mayroon ding problema sa tamang pag-iimbak at transportasyon ng gasolina, dahil ito ay lubos na nasusunog;
• Ang silindro, na mai-install sa kotse, ay kailangang regular na suriin. Upang magawa ito, kailangang bisitahin ng motorista ang isang dalubhasang sentro, at ito ay isang karagdagang gastos;
• Sa isang kotse na hydrogen, ang isang malaking baterya ay hindi ginagamit, gayunpaman, ang pag-install ay mabibigat pa rin ang bigat, na nakakaapekto sa makabuluhang katangian ng sasakyan
• Hydrogen - nag-aapoy sa kaunting spark, kaya't ang isang aksidente na kinasasangkutan ng naturang kotse ay sasamahan ng isang seryosong pagsabog. Dahil sa hindi responsableng pag-uugali ng ilang mga driver sa kanilang sariling kaligtasan at buhay ng iba pang mga gumagamit ng kalsada, ang mga naturang sasakyan ay hindi pa mailalabas sa mga kalsada.

Isinasaalang-alang ang interes ng sangkatauhan sa isang malinis na kapaligiran, dapat asahan ng isang tao na may isang tagumpay sa isyu ng pagtatapos ng "berde" na transportasyon. Ngunit kapag nangyari ito, oras lamang ang magsasabi.

Pansamantala, panoorin ang pagsusuri sa video ng Toyota Mirai:

Hinaharap sa hydrogen? Toyota Mirai - BUONG REVIEW at Specs | LiveFEED®

Mga Tanong at Sagot:

Bakit mapanganib ang isang hydrogen engine? Sa panahon ng pagkasunog ng pinaghalong hydrogen, ang makina ay umiinit nang higit kaysa sa panahon ng pagkasunog ng gasolina. Bilang isang resulta, mayroong isang mataas na posibilidad ng pagka-burnout ng mga piston, balbula at labis na karga ng yunit.

Paano mag-refuel ng hydrogen car? Ang nasabing kotse ay pinapagana ng hydrogen sa isang gas na estado (liquefied o compressed gas). Upang mag-imbak ng gasolina, ito ay naka-compress sa 350-700 atmospheres, at ang temperatura ay maaaring umabot sa -259 degrees.

Paano gumagana ang isang hydrogen internal combustion engine? Ang kotse ay nilagyan ng isang uri ng baterya. Ang oxygen at hydrogen ay dumadaan sa mga espesyal na plato. Ang resulta ay isang kemikal na reaksyon sa paglabas ng singaw ng tubig at kuryente.