Waterstof enjin. Hoe dit werk en nadele

Verbrandingsenjins het nie dramaties as afsonderlike dryfvere voorgekom nie. Die klassieke motor het eerder ontstaan ​​as gevolg van die verfyning en verbetering van hitte-enjins. Lees hoe die eenheid, wat ons gewoond is om onder motors se motorkap te sien, geleidelik verskyn het. in 'n aparte artikel.

Toe die eerste motor met 'n binnebrandenjin verskyn, kry die mensdom egter 'n selfaangedrewe voertuig wat nie konstant gevoer moes word nie, soos 'n perd. Baie dinge het sedert 1885 in motors verander, maar een nadeel bly onveranderd. Tydens die verbranding van 'n mengsel van petrol (of ander brandstof) en lug, word te veel skadelike stowwe vrygestel wat die omgewing besoedel.

As die argitekte van Europese lande voor die koms van selfaangedrewe voertuie gevrees het dat groot stede in perdemis sou verdrink, adem die inwoners van megastede vandag vuil lug in.

Verskerpte omgewingstandaarde vir vervoer dwing voertuigvervaardigers om 'n skoner dryfkrag te ontwikkel. Baie maatskappye het dus belanggestel in die voorheen geskepte tegnologie van Anjos Jedlik - 'n selfaangedrewe wa met elektriese trekkrag, wat in 1828 verskyn het. En vandag het hierdie tegnologie so sterk gevestig geraak in die motorwêreld dat jy niemand sal verbaas met 'n elektriese motor of 'n baster nie.

Maar wat regtig bemoedigend is, is die kragsentrales, waarvan drinkwater die enigste vrystelling is. Dit is 'n waterstofenjin.

Wat is 'n waterstofenjin?

Dit is 'n soort enjin wat waterstof as brandstof gebruik. Die gebruik van hierdie chemiese element sal die uitputting van koolwaterstofbronne verminder. Die tweede rede vir die belangstelling in sulke installasies is die vermindering van omgewingsbesoedeling.

Afhangend van watter tipe motor tydens vervoer gebruik word, sal die werking daarvan verskil van die klassieke binnebrandenjin of dieselfde wees.

Kort geskiedenis

Waterstof-binnebrandenjins verskyn in dieselfde tydperk toe die ICE-beginsel ontwikkel en verbeter is. 'N Franse ingenieur en uitvinder het sy eie weergawe van 'n binnebrandenjin ontwerp. Die brandstof wat hy tydens sy ontwikkeling gebruik het, is waterstof wat verskyn as gevolg van elektrolise van H₂A. In 1807 verskyn die eerste waterstofmotor.

Isaac De Rivaz het in 1807 'n patent ingedien vir die ontwikkeling van 'n trekker vir militêre toerusting. as een van die kragte eenhede het hy voorgestel dat waterstof gebruik word.

Die krageenheid was suier en die ontsteking daarin was as gevolg van die vorming van 'n vonk in die silinder. Die eerste skepping van die uitvinder het weliswaar handige vonkgenerasie nodig gehad. Na net twee jaar het hy sy werk afgehandel, en die eerste selfaangedrewe waterstofvoertuig is gebore.

Op daardie stadium was ontwikkeling egter nie belangrik nie, omdat gas nie so maklik verkrygbaar is as petrol nie. Waterstofmotors is feitlik in Leningrad gebruik tydens die blokkade vanaf die tweede helfte van 1941. Alhoewel, moet ons erken dat dit nie uitsluitlik waterstofeenhede was nie. Dit was gewone GAZ-binnebrandenjins, net daar was geen brandstof vir hulle nie, maar daar was destyds baie gas, aangesien dit deur ballonne aangevuur is.

In die eerste helfte van die 80's het baie lande, nie net Europese lande nie, maar ook Amerika, Rusland en Japan, onderneem om met hierdie soort installasies te eksperimenteer. In 1982, met die gesamentlike werk van die Kvant-aanleg en die RAF-motoronderneming, verskyn 'n gekombineerde motor wat op 'n mengsel van waterstof en lug werk, en 'n 5 kW / h-battery word as energiebron gebruik.

Sedertdien het verskillende lande pogings aangewend om 'groen' voertuie in hul modellyne in te voer, maar in die meeste gevalle het sulke voertuie óf in die kategorie prototipe gebly óf 'n baie beperkte uitgawe gehad.

Hoe werk dit?

Aangesien daar vandag baie motors in hierdie kategorie is, sal die waterstofaanleg in elke geval volgens sy eie beginsel werk. Oorweeg hoe een verandering werk wat die klassieke binnebrandenjin kan vervang.

In so 'n motor sal brandstofselle beslis gebruik word. Dit is 'n soort kragopwekkers wat 'n elektrochemiese reaksie aktiveer. Binne-in die toestel word waterstof geoksideer, en die resultaat van die reaksie is die vrystelling van elektrisiteit, waterdamp en stikstof. Koolstofdioksied word nie in so 'n installasie vrygestel nie.

'N Voertuig gebaseer op 'n soortgelyke eenheid is dieselfde elektriese voertuig, net die battery daarin is baie kleiner. Die brandstofsel genereer genoeg energie om alle voertuigstelsels te bestuur. Die enigste waarskuwing is dat dit ongeveer 2 minute van die begin van die proses tot die opwekking van energie kan duur. Maar die maksimum produksie van die installasie begin nadat die stelsel opgewarm is, wat van 'n kwartier tot 60 minute duur.

Sodat die kragstasie nie tevergeefs werk nie, en dit nie nodig is om die vervoer vooraf vir die reis voor te berei nie, is 'n konvensionele battery daarin geïnstalleer. Tydens die bestuur word dit herlaai as gevolg van herstel, en dit is uitsluitlik nodig om 'n motor te begin.

So 'n motor is toegerus met 'n silinder van verskillende volumes waarin waterstof gepomp word. Afhangend van die bestuursmodus, die grootte van die motor en die krag van die elektriese installasie, kan een kilogram gas genoeg wees vir 100 kilometer rit.

Waterstof enjinsoorte

Alhoewel daar verskillende modifikasies van waterstofenjins is, val hulle almal in twee soorte:

• Tipe eenheid met 'n brandstofsel;
• Gemodifiseerde binnebrandenjin, aangepas om op waterstof te werk.

Kom ons kyk na elke tipe afsonderlik: wat is hul kenmerke.

Kragstasies gebaseer op waterstofbrandstofselle

Die brandstofsel is gebaseer op die beginsel van 'n battery waarin 'n elektrochemiese proses plaasvind. Die enigste verskil tussen die waterstofanaloog is die hoër doeltreffendheid daarvan (in sommige gevalle meer as 45 persent).

Die brandstofsel is 'n enkele kamer waarin twee elemente geplaas word: die katode en die anode. Albei elektrodes is platina (of palladium) bedek. Tussen hulle is 'n membraan geleë. Dit verdeel die holte in twee kamers. Suurstof word aan die holte met die katode toegedien, en waterstof word aan die tweede toegedien.

As gevolg hiervan vind 'n chemiese reaksie plaas, waarvan die resultaat die kombinasie van suurstof en waterstofmolekules met die vrystelling van elektrisiteit is. Die newe-effek van die proses is die vrystelling van water en stikstof. Die brandstofselelektrodes is gekoppel aan die motor se elektriese stroombaan, insluitend die elektriese motor.

Waterstof binnebrandenjins

In hierdie geval, alhoewel die enjin waterstof genoem word, het dit 'n identiese struktuur as 'n gewone ICE. Die enigste verskil is dat dit nie brandstof of propaan brand nie, maar waterstof. As u 'n silinder met waterstof vul, is daar een probleem: hierdie gas verminder die doeltreffendheid van 'n gewone eenheid met ongeveer 60 persent.

Hier is 'n paar ander probleme om na waterstof oor te skakel sonder om die enjin op te gradeer:

• Wanneer die HTS saamgepers word, sal die gas in 'n chemiese reaksie kom met die metaal waaruit die verbrandingskamer en suier vervaardig word, en dit kan dikwels ook met enjinolie gebeur. As gevolg hiervan word 'n ander verbinding in die verbrandingskamer gevorm, wat nie verskil in 'n spesiale vermoë om goed te brand nie;
• Die gapings in die verbrandingskamer moet perfek wees. As die brandstofstelsel êrens minimaal lek, kan die gas maklik ontvlam as dit met warm voorwerpe in aanraking kom.

Motor vir Honda Clarity

Om hierdie redes is dit praktieser om waterstof as brandstof in roterende motors te gebruik (wat is hul kenmerk, lees hier). Die inlaat- en uitlaatspruitstuk van sulke eenhede is apart van mekaar geleë, sodat die gas aan die inlaat nie warm word nie. Hoe dit ook al sy, terwyl die enjins gemoderniseer word om die probleme met die gebruik van goedkoper en meer omgewingsvriendelike brandstof te omseil.

Hoe lank is die lewensduur van brandstofselle?

Regoor die wêreld is sulke motors baie skaars, en dit is nog nie in die reeks nie. Dit is moeilik om te sê watter hulpbron 'n energiebron het. Die vakmanne het nog geen ervaring in hierdie verband nie.

Die enigste ding wat gesê kan word, is dat volgens Toyota -verteenwoordigers die brandstofsel van hul produksiemotor Mirai ononderbroke energie tot 250 duisend kilometer kan opwek. Na hierdie mylpaal moet u die doeltreffendheid van die toestel monitor. As die prestasie merkbaar verminder het, word die brandstofsel by 'n gemagtigde dienssentrum verander. 'N Mens moet wel verwag dat die onderneming 'n behoorlike bedrag vir hierdie prosedure sal neem.

Watter maatskappye maak of gaan waterstofmotors vervaardig?

Baie maatskappye is besig met die ontwikkeling van 'n omgewingsvriendelike krageenheid. Hier is die motorhandelsmerke, in die ontwerpburo waarvan daar reeds werksopsies is, gereed om in reeks te begin:

• Mercedes-Benz is 'n GLC F-Cell crossover waarvan die begin van die verkope in 2018 aangekondig is, maar tot dusver het slegs 'n paar ondernemings en ministeries van Duitsland dit verkry. 'N Prototipe waterstofbrandstofsel-trekker, die GenH2, is onlangs bekendgestel;
• Hyundai - Nexo -prototipe wat twee jaar gelede bekendgestel is;
• BMW is 'n prototipe van die waterstof Waterstof 7, wat uit die monteerbaan vrygestel is. Die bondel van 100 eksemplare het in die eksperimentele fase gebly, maar dit is reeds iets.

Onder die voorraadmotors wat in Amerika en Europa gekoop kan word, is die Mirai- en Clarity-modelle van onderskeidelik Toyota en Honda. Vir die res van die maatskappye is hierdie ontwikkeling nog in die tekenweergawe, of as 'n prototipe wat nie werk nie.

Toyota Mirai

Honda Duidelikheid

Hoeveel kos 'n waterstofaangedrewe motor?

Die koste van 'n waterstofmotor is redelik. Die rede hiervoor is die edelmetale wat deel uitmaak van die elektrodes van brandstofselle (palladium of platinum). 'N Moderne motor is ook toegerus met talle veiligheidstelsels en die stabilisering van die werking van elektriese elemente, wat ook materiële hulpbronne benodig.

Alhoewel die instandhouding van so 'n motor (tot op die oomblik dat die brandstofselle vervang word) nie veel duurder is as 'n gewone motor van die jongste generasies nie. Daar is lande wat die produksie van waterstof borg, maar selfs hiermee moet u gemiddeld 11 en 'n half dollar per kilogram gas betaal. Afhangend van die tipe enjin, kan dit genoeg wees vir 'n afstand van ongeveer XNUMX kilometer.

Waarom is waterstofmotors beter as elektriese motors?

As u 'n waterstofaanleg met brandstofselle neem, sal so 'n motor identies wees aan die elektriese motor wat ons op die paaie gewoond is. Die enigste verskil is dat die elektriese motor gelaai word vanaf die netwerk of vanaf 'n terminale by 'n vulstasie. Waterstofvervoer produseer self elektrisiteit.

Wat die koste van sulke motors betref, is dit duurder. Byvoorbeeld, Tesla-modelle in die basiese konfigurasie kos 45 duisend dollar. Waterstofanaloge uit Japan kan vir 57 duisend eenhede gekoop word. Beierse, aan die ander kant, verkoop hul motors op 'groen' brandstof teen 'n prys van $ 50.

As ons prakties in ag neem, is dit makliker om die motor met brandstof te vul (dit sal ongeveer vyf minute duur) as om 'n halfuur (met vinnige laai, wat nie vir alle soorte batterye toegelaat word nie) op die parkeerterrein te wag. Dit is die pluspunt van waterstofplante.

Nog 'n pluspunt: brandstofselle het nie veral onderhoud nodig nie en hul lewensduur is redelik groot. Wat elektriese voertuie betref, sal hul enorme battery oor vyf jaar vervang moet word, omdat dit baie laai-ontlaadsiklusse het. In ryp word die battery in elektriese voertuie baie vinniger ontlaai as in die somer. Maar die element van die reaksie van waterstofoksidasie ly nie hieraan nie en produseer stabiel elektrisiteit.

Wat is die vooruitsigte vir waterstofmotors en wanneer sal dit op die pad gesien word?

In Europa en die Verenigde State kan die waterstofmotor al gevind word. Hulle val egter steeds in die nuuskierigheidskategorie. En vandag is daar nie veel vooruitsigte nie.

Die hoofrede dat hierdie soort vervoer nie binnekort die paaie van alle lande sal vul nie, is die gebrek aan produksiekapasiteit. Eerstens is dit nodig om waterstofproduksie te vestig. Verder is dit nodig om so 'n vlak te bereik dat dit benewens omgewingsvriendelikheid ook brandstof beskikbaar is vir die meeste motoriste. Benewens die produksie van hierdie gas, is dit nodig om die vervoer daarvan te organiseer (alhoewel u die snelweë waarlangs metaan vervoer word, veilig kan gebruik), sowel as om baie vulstasies met toepaslike terminale toe te rus.

Tweedens moet elke motorvervaardiger produksielyne ernstig moderniseer, wat aansienlike investering verg. In 'n onstabiele ekonomie weens die uitbreek van 'n wêreldwye epidemie sal min sulke risiko's neem.

As u kyk na die tempo van ontwikkeling van elektriese vervoer, het die proses van popularisering baie vinnig plaasgevind. Die rede vir die gewildheid van elektriese motors is egter die vermoë om brandstof te bespaar. En dit is dikwels die eerste rede waarom hulle gekoop word, en nie ter wille van die behoud van die omgewing nie. In die geval van waterstof sal dit (ten minste nou) nie moontlik wees om geld te bespaar nie, omdat baie meer energiebronne bestee word om dit te produseer.

Voor- en grootste nadele van waterstofenjins

Laat ons dus saamvat. Die voordele van waterstof-aangedrewe enjins sluit die volgende faktore in:

• Omgewingsvriendelike emissie;
• Stil werking van die krageenheid (elektriese trekkrag);
• In die geval van die gebruik van 'n brandstofsel, is gereelde instandhouding nie nodig nie;
• Vinnige brandstof;
• In vergelyking met elektriese voertuie, werk die aandrywingstelsel en die energiebron stabieler selfs in vriesende temperature.

Alhoewel die ontwikkeling nie 'n nuwigheid genoem kan word nie, het dit tog 'n aantal tekortkominge wat die gemiddelde motoris daartoe aanwend om met omsigtigheid daarna te kyk. Hier is 'n paar:

• Om waterstof te laat ontvlam, moet dit in 'n gasvormige toestand wees. Dit skep sekere probleme. Spesiale duur kompressors is byvoorbeeld nodig om liggasse saam te pers. Daar is ook 'n probleem met behoorlike opberging en vervoer van brandstof, aangesien dit baie vlambaar is;
• Die silinder wat op die motor geïnstalleer moet word, moet gereeld nagegaan word. Om dit te doen, sal die motoris 'n gespesialiseerde sentrum moet besoek, en dit is 'n ekstra koste;
• 'N Waterstofmotor gebruik nie 'n groot battery nie, maar die installasie weeg steeds ordentlik, wat die dinamiese eienskappe van die voertuig aansienlik beïnvloed;
• Waterstof - ontbrand by die geringste vonk, dus sal 'n ongeluk met so 'n motor gepaard gaan met 'n ernstige ontploffing. Vanweë die onverantwoordelike houding van sommige bestuurders teenoor hul eie veiligheid en die lewens van ander padgebruikers, kan sulke voertuie nog nie op die paaie vrygelaat word nie.

Gegewe die belangstelling van die mens in 'n skoner omgewing, kan ons verwag dat 'n deurbraak gemaak sal word in die kwessie van die finalisering van die "groen" vervoer. Maar wanneer dit gebeur, sal die tyd net leer.

Kyk intussen na die video-oorsig van die Toyota Mirai:

Toekoms op waterstof? Toyota Mirai - VOLLE OORSIG en spesifikasies | LiveFEED®

Vrae en antwoorde:

Hoekom is 'n waterstofenjin gevaarlik? Tydens die verbranding van die waterstofmengsel verhit die enjin meer as tydens die verbranding van petrol. As gevolg hiervan is daar 'n hoë waarskynlikheid van uitbranding van suiers, kleppe en oorlading van die eenheid.

Hoe om 'n waterstofmotor te vul? So 'n motor word aangedryf met waterstof in 'n gasvormige toestand (vloeibare of saamgeperste gas). Om brandstof te stoor, word dit saamgepers tot 350-700 atmosfeer, en die temperatuur kan -259 grade bereik.

Hoe werk 'n waterstof-binnebrandenjin? Die motor is toegerus met 'n soort battery. Suurstof en waterstof gaan deur spesiale plate. Die resultaat is 'n chemiese reaksie met die vrystelling van waterdamp en elektrisiteit.