Ūdeņraža dzinēji: kā tie darbojas un kāpēc tie ir nākotnes atslēga

Ūdeņraža dzinēji joprojām ir viena no daudzsološākajām likmēm ilgtspējīgas autobūves nākotnei. Neskatoties uz dažām tehniskām un loģistikas problēmām, šī tehnoloģija ir izraisījusi pieaugošu interesi par tādiem lielākajiem zīmoliem kā Toyota, BMW, Mazda, Hyundai un Ford, kas jau ir ieguldījuši ievērojamus resursus šo sistēmu izstrādē. Šobrīd nozarē izšķir divus galvenos ūdeņraža dzinēju veidus: ūdeņraža iekšdedzes dzinējus un degvielas šūnu dzinējus.

Šajā rakstā mēs paskaidrosim ūdeņraža dzinēju darbība, to galvenās īpašības, katras sistēmas priekšrocības un trūkumi un to, kā tās var ietekmēt transporta nākotni.

Kā darbojas ūdeņraža iekšdedzes dzinējs?

Ūdeņraža iekšdedzes dzinējs darbojas ļoti līdzīgi tradicionālajam benzīna vai dīzeļa iekšdedzes dzinējam, taču ar vienu būtisku atšķirību: tas izmanto ūdeņradi kā degvielu, nevis naftas produktus. Šajā gadījumā, ūdeņradis sajaucas ar skābekli iekšā sadegšanas kamerā un aizdegas no dzirksteles, tieši tāpat kā parastajā dzinējā. Šis process atbrīvo enerģiju, kas virza virzuļus un rada mehānisku kustību.

Viena no galvenajām šāda veida dzinēju priekšrocībām ir tā, ka tā vietā, lai ražotu oglekļa dioksīdu (CO2), tas izdala ūdens tvaiks kā blakusprodukts. Taču sadegšanas laikā sasniegtās augstās temperatūras dēļ rodas slāpekļa oksīdi (NOx), kas turpina piesārņot. Lai mazinātu šo problēmu, daži risinājumi ietver ūdens ievadīšanu ieplūdes sistēmā, kas ir paņēmiens, kas ievērojami samazina NOx veidošanos.

Tomēr ūdeņraža iekšdedzes dzinēji saskaras arī ar problēmām, kas saistītas ar enerģijas blīvums ūdeņraža, kas ir zemāks nekā citiem šķidrajiem kurināmajiem. Tas nozīmē, ka ir nepieciešams lielāks ūdeņraža daudzums, lai veiktu tādu pašu darbu kā benzīna dzinējam. Lai gan tie var darboties ar alternatīvām degvielām, piemēram, SDG vai LPG, uzglabāšana joprojām ir šķērslis, jo ūdeņradis ir jāuzglabā ļoti augstā spiedienā, parasti 700 bar, kas ietver ļoti dārgu specializētu tvertņu izmantošanu.

Ūdeņraža dzinēju piemēri

Ievērojams ūdeņraža dzinēja piemērs ir BMW 750hl, kas bija viens no pirmajiem transportlīdzekļiem, kas kā degvielu izmantoja šķidro ūdeņradi. Šim modelim bija nepieciešama ārkārtīgi zema temperatūra (-253ºC), lai efektīvi uzglabātu ūdeņradi īpašās tvertnēs. Lai gan to pārspēja jauni dizaini, tas bija pagrieziena punkts šīs tehnoloģijas attīstībā.

Vēl viens gadījums ir dzinējs ūdeņraža ūdensvīrs, ko izstrādājis Izraēlas uzņēmums. Šis dzinējs izceļas ar to, ka tam nav nepieciešama smēreļļa, kas atvieglo tā apkopi. Turklāt tā novatoriskā sistēma samazina NOx emisijas, un tās viegluma un zemo izmaksu dēļ tā tiek piedāvāta kā dzīvotspējīga iespēja gan transportlīdzekļiem, gan enerģijas ģeneratoriem.

Kā darbojas degvielas šūnu ūdeņraža dzinējs

Atšķirībā no iekšdedzes dzinējiem, iekšdedzes dzinējiem degvielas šūna Tie pārvērš ūdeņradi elektroenerģijā, izmantojot elektroķīmisko procesu, ko sauc par reverso elektrolīzi. Ja tvertnēs uzglabātais ūdeņradis tiek apvienots ar skābekli degvielas šūnā, rodas elektrība, kas darbina elektromotoru, savukārt vienīgais blakusprodukts ir tīrs ūdens.

Šis process ir daudz efektīvāks nekā ūdeņraža sadedzināšana, un, pats galvenais, tas neizdala piesārņotājus. Tomēr galvenais šķērslis ir kurināmā elementu augstās ražošanas izmaksas. Pašlaik platīns šajā procesā tiek izmantots kā katalizators, taču daži pētnieki meklē pieejamākas alternatīvas, piemēram, ferosakausējumus, lai samazinātu izmaksas.

Lielisks kurināmā elementu tehnoloģijas piemērs ir Toyota mirai, kas ir piesaistījis uzmanību ar savu veiktspēju un spēju ar ūdeņraža lādiņu nobraukt līdz 650 km. Šāda veida tehnoloģija ir ideāli piemērota transportlīdzekļiem, kas pārvietojas lielos attālumos, piemēram, kravas automašīnām vai autobusiem, jo ​​tie piedāvā lielāku autonomiju salīdzinājumā ar parastajiem elektriskajiem automobiļiem.

Ūdeņraža dzinēja priekšrocības un trūkumi

Ūdeņraža dzinēji, gan iekšdedzes, gan kurināmā elementi, piedāvā virkni priekšrocība y izaicinājumi, kas ir jānosver pirms plašas pieņemšanas:

• Priekšrocības:
• Ūdeņraža uzpildes laiks ir ievērojami īsāks (mazāk nekā 5 minūtes), salīdzinot ar elektrisko akumulatoru uzlādi.
• Atkarībā no izmantotās sistēmas emisijas ir daudz zemākas vai nulle.
• Ūdeņradis ir visbagātīgākais elements Visumā, tāpēc tas ir ilgtermiņa ilgtspējīgs risinājums.
• Ūdeņraža transportlīdzekļi var attīrīt gaisu, kurā tie cirkulē, piemēram, Hyundai Nexo, kas veicina pilsētas vides uzlabošanu.

• Trūkumi:
• Kurināmā elementu ražošanas un ūdeņraža uzglabāšanas infrastruktūras izmaksas joprojām ir augstas.
• Ūdeņraža uzpildes infrastruktūra ir ierobežota, un lielākajā daļā valstu ir maz staciju.
• Ūdeņraža ražošanas process ne vienmēr ir tīrs, it īpaši, ja to iegūst no neatjaunojamiem avotiem.

Autonomija un drošība ūdeņraža transportlīdzekļos

Ūdeņraža transportlīdzekļi izceļas ar savu autonomija, sasniedzot skaitļus, kas salīdzināmi ar benzīna automašīnu rādītājiem. Modeļi, piemēram, Hyundai nexo Tie piedāvā līdz pat 666 km autonomiju, savukārt Toyota Mirai pārsniedz 650 km. Tas padara ūdeņraža transportlīdzekļus ļoti konkurētspējīgus tālsatiksmes mobilitātes ziņā.

Kā drošībaūdeņraža tvertnes ir izstrādātas tā, lai izturētu ļoti augstu spiedienu un pat ložu šāvienus, kā Toyota apliecina savā Mirai modelī. Infrastruktūra un drošības standarti ūdeņraža transportlīdzekļiem pēdējos gados ir sasnieguši lielu progresu, kā rezultātā transportlīdzekļi ir tikpat droši kā to benzīna vai dīzeļdegvielas ekvivalenti.

Ūdeņraža nākotne automobiļu rūpniecībā turpina attīstīties. Attīstoties iekšdedzes un kurināmā elementu tehnoloģijām, kā arī attīstot efektīvāku infrastruktūru, mēs, visticamāk, redzēsim ar ūdeņradi darbināmu transportlīdzekļu ieviešanu.