Hidrojen motoru. Nasıl çalışır ve dezavantajları

İçten yanmalı motorlar dramatik bir şekilde ayrı güç aktarma organları olarak görünmedi. Aksine, klasik motor, ısı motorlarının iyileştirilmesi ve iyileştirilmesinin bir sonucu olarak ortaya çıktı. Araba kaputunun altında görmeye alıştığımız ünitenin yavaş yavaş nasıl ortaya çıktığını okuyun. ayrı bir makalede.

Bununla birlikte, bir içten yanmalı motorla donatılmış ilk otomobil ortaya çıktığında, insanlık, bir at gibi sürekli besleme gerektirmeyen, kendinden tahrikli bir araç aldı. 1885'ten beri motorlarda pek çok şey değişti, ancak bir dezavantaj değişmeden kaldı. Bir benzin (veya başka bir yakıt) ve hava karışımının yanması sırasında çevreyi kirleten çok fazla zararlı madde açığa çıkar.

Kendinden tahrikli araçların ortaya çıkmasından önce, Avrupa ülkelerinin mimarları büyük şehirlerin at gübresi içinde boğulacağından korkuyorlardı, bugün megakentlerin sakinleri kirli hava soluyor.

Ulaşım için çevre standartlarının sıkılaştırılması, araç üreticilerini daha temiz bir güç aktarım mekanizması geliştirmeye zorluyor. Bu nedenle, birçok şirket daha önce oluşturulmuş olan Anjos Jedlik teknolojisi ile ilgilenmeye başladı - 1828'de ortaya çıkan, elektrikli çekişli kendinden tahrikli bir araba. Ve bugün bu teknoloji otomotiv dünyasında o kadar sağlam bir şekilde yerleşik hale geldi ki, elektrikli otomobil veya hibrit ile kimseyi şaşırtmayacaksınız.

Ama asıl cesaret verici olan tek şey içme suyu olan santraller. Bu bir hidrojen motoru.

Hidrojen motoru nedir?

Bu, yakıt olarak hidrojeni kullanan bir motor türüdür. Bu kimyasal elementin kullanımı hidrokarbon kaynaklarının tükenmesini azaltacaktır. Bu tür tesislere ilginin ikinci nedeni çevre kirliliğinin azaltılmasıdır.

Taşımada hangi motor tipinin kullanılacağına bağlı olarak, çalışması klasik içten yanmalı motordan farklı olacaktır veya aynı olacaktır.

Kısa Tarihçe

Hidrojen içten yanmalı motorlar, ICE ilkesinin geliştirilip iyileştirildiği aynı dönemde ortaya çıktı. Bir Fransız mühendis ve mucit, kendi içten yanmalı motor versiyonunu tasarladı. Geliştirilmesinde kullandığı yakıt, H'nin elektrolizinin bir sonucu olarak ortaya çıkan hidrojendir.₂A. 1807'de ilk hidrojen arabası ortaya çıktı.

Isaac De Rivaz, 1807'de askeri teçhizat için bir traktör geliştirmek için bir patent başvurusunda bulundu. güç birimlerinden biri olarak hidrojeni kullanmayı önerdi.

Güç ünitesi pistondu ve içindeki ateşleme, silindirde bir kıvılcım oluşumundan kaynaklanıyordu. Doğru, mucidin ilk yaratımı manuel kıvılcım üretimine ihtiyaç duyuyordu. Sadece iki yıl sonra çalışmalarını tamamladı ve ilk kundağı motorlu hidrojen aracı doğdu.

Ancak o zamanlar gelişime önem verilmiyordu çünkü gazın elde edilmesi ve depolanması benzin kadar kolay değildi. Hidrojen motorları, 1941'in ikinci yarısından itibaren abluka sırasında Leningrad'da pratik olarak kullanıldı. Bununla birlikte, bunların yalnızca hidrojen birimleri olmadığını kabul etmeliyiz. Bunlar sıradan GAZ içten yanmalı motorlardı, sadece onlar için yakıt yoktu, ancak o zamanlar balonlarla dolduruldukları için bol miktarda gaz vardı.

80'lerin ilk yarısında, yalnızca Avrupalılar değil, Amerika, Rusya ve Japonya da dahil olmak üzere birçok ülke bu tür kurulumları denemeyi üstlendi. Böylece, 1982 yılında, Kvant fabrikası ve RAF otomobil işletmesinin ortak çalışmasıyla, hidrojen ve hava karışımı üzerinde çalışan bir kombine motor ortaya çıktı ve bir enerji kaynağı olarak 5 kW / s pil kullanıldı.

O zamandan beri, farklı ülkeler model hatlarına "yeşil" araçları dahil etme girişimleri oldu, ancak çoğu durumda bu tür arabalar ya prototip kategorisinde kaldı ya da çok sınırlı sayıda üretildi.

Nasıl çalışıyor

Bugün bu kategoride çok sayıda çalışan motor olduğundan, hidrojen tesisi her durumda kendi prensibine göre çalışacaktır. Klasik içten yanmalı motorun yerini alabilecek bir modifikasyonun nasıl çalıştığını düşünün.

Böyle bir motorda mutlaka yakıt hücreleri kullanılacaktır. Elektrokimyasal reaksiyonu aktive eden bir tür jeneratörlerdir. Cihazın içinde hidrojen oksitlenir ve reaksiyonun sonucu elektrik, su buharı ve nitrojenin açığa çıkmasıdır. Böyle bir kurulumda karbondioksit salınımı olmaz.

Benzer bir birime dayalı bir araç aynı elektrikli araçtır, sadece içindeki pil çok daha küçüktür. Yakıt hücresi, tüm araç sistemlerini çalıştırmak için yeterli enerji üretir. Tek uyarı, sürecin başlangıcından enerji üretimine kadar yaklaşık 2 dakika sürebileceğidir. Ancak kurulumun maksimum çıktısı, çeyrek saatten 60 dakikaya kadar süren sistem ısındıktan sonra başlar.

Santralin boşuna çalışmaması için ve yolculuğa önceden nakliyenin hazırlanmasına gerek kalmaması için, içine geleneksel bir pil takılmıştır. Sürüş sırasında, iyileşme nedeniyle yeniden şarj edilir ve yalnızca bir arabayı çalıştırmak için gereklidir.

Böyle bir araba, içine hidrojenin pompalandığı farklı hacimlerde bir silindir ile donatılmıştır. Sürüş moduna, aracın büyüklüğüne ve elektrik tesisatının gücüne bağlı olarak 100 kilometre yolculuk için bir kilogram gaz yeterli olabilir.

Hidrojen motor türleri

Hidrojen motorlarının çeşitli modifikasyonları olmasına rağmen, hepsi iki türe ayrılır:

• Yakıt hücreli ünite tipi;
• Hidrojen üzerinde çalışmak üzere uyarlanmış, modifiye edilmiş içten yanmalı motor.

Her türü ayrı ayrı ele alalım: özellikleri nelerdir?

Hidrojen yakıt hücrelerine dayalı enerji santralleri

Yakıt hücresi, elektrokimyasal bir işlemin gerçekleştiği bir pil prensibine dayanmaktadır. Hidrojen analoğu arasındaki tek fark, yüksek verimliliğidir (bazı durumlarda, yüzde 45'ten fazla).

Yakıt hücresi, iki elemanın yerleştirildiği tek bir odadır: katot ve anot. Her iki elektrot da platin (veya paladyum) kaplıdır. Aralarında bir zar bulunur. Boşluğu iki bölmeye ayırır. Oksijen, katot ile boşluğa sağlanır ve ikinciye hidrojen verilir.

Sonuç olarak, elektrik salınımı ile oksijen ve hidrojen moleküllerinin birleşimi olan kimyasal bir reaksiyon meydana gelir. İşlemin bir yan etkisi su ve açığa çıkan nitrojendir. Yakıt hücresi elektrotları, elektrik motoru dahil olmak üzere otomobilin elektrik devresine bağlanır.

Hidrojen içten yanmalı motorlar

Bu durumda motora hidrojen denmesine rağmen geleneksel bir ICE ile aynı yapıya sahiptir. Tek fark, yananın benzin ya da propan değil, hidrojen olmasıdır. Bir silindiri hidrojenle doldurursanız, o zaman bir sorun vardır - bu gaz, geleneksel bir ünitenin verimliliğini yaklaşık yüzde 60 oranında azaltacaktır.

Motoru yükseltmeden hidrojene geçişle ilgili diğer birkaç sorun:

• HTS sıkıştırıldığında, gaz, yanma odası ve pistonun yapıldığı metal ile kimyasal bir reaksiyona girecektir ve bu genellikle motor yağında da olabilir. Bu nedenle, yanma odasında, iyi yanma özelliğiyle ayırt edilmeyen başka bir bileşik oluşur;
• Yanma odasındaki boşluklar mükemmel olmalıdır. Yakıt sistemi bir yerde en azından minimum sızıntıya sahipse, gaz sıcak nesnelerle temas ettiğinde kolayca tutuşacaktır.

Honda Clarity için motor

Bu nedenlerden dolayı rotary motorlarda yakıt olarak hidrojeni kullanmak daha pratiktir (özellikleri nedir, okuyun burada). Bu tür ünitelerin emiş ve egzoz manifoldları birbirinden ayrı yerleştirilmiştir, bu nedenle girişteki gaz ısınmaz. Öyle olsa bile, daha ucuz ve daha çevre dostu yakıt kullanma sorunlarını ortadan kaldırmak için motorlar modernize edilirken.

Yakıt hücrelerinin kullanım ömrü ne kadardır?

Bugün dünyanın her yerinde, bu tür arabalar çok nadirdir ve henüz dizide değiller, bu enerji kaynağının hangi kaynağa sahip olduğunu söylemek zor. Zanaatkarların henüz bu konuda tecrübesi yok.

Söylenebilecek tek şey, Toyota temsilcilerine göre, üretim otomobilleri Mirai'nin yakıt hücresinin 250 bin kilometreye kadar kesintisiz enerji üretme kapasitesine sahip olduğu. Bu kilometre taşından sonra, cihazın etkinliğini izlemeniz gerekir. Performansı belirgin şekilde düşmüşse, yakıt pili yetkili serviste değiştirilir. Doğru, şirketin bu prosedür için iyi bir miktar alacağı beklenmelidir.

Hangi şirketler halihazırda hidrojen arabaları yapıyor veya yapacaklar?

Birçok şirket, çevre dostu bir güç ünitesinin geliştirilmesiyle uğraşmaktadır. İşte tasarım bürosunda halihazırda çalışan seçenekleri bulunan, seriye girmeye hazır otomobil markaları:

• Mercedes-Benz, satışlarının 2018'de ilan edildiği, ancak şimdiye kadar Almanya'nın sadece birkaç işletmesi ve bakanlığı tarafından satın alınan bir GLC F-Cell crossover'dır. Bir prototip hidrojen yakıt hücreli traktör olan GenH2, yakın zamanda tanıtıldı;
• Hyundai - İki yıl önce tanıtılan Nexo prototipi;
• BMW, montaj hattından çıkan hidrojen Hidrojen 7'nin bir prototipidir. Deney aşamasında 100 kopyalık bir parti kaldı, ancak bu zaten bir şey.

Hem Amerika'da hem de Avrupa'da alınabilen stok otomobiller arasında sırasıyla Toyota ve Honda'dan Mirai ve Clarity modelleri yer alıyor. Diğer şirketler için, bu gelişme hala ya çizim sürümünde ya da çalışmayan bir prototip olarak.

Toyota mirai

Honda Netlik

Hidrojenle çalışan bir arabanın fiyatı ne kadar?

Hidrojenli bir arabanın maliyeti makul. Bunun nedeni, yakıt hücrelerinin (paladyum veya platin) elektrotlarını oluşturan değerli metallerdir. Ayrıca, modern bir araba, sayısız güvenlik sistemi ve aynı zamanda malzeme kaynakları gerektiren elektrikli elemanların çalışmasının stabilizasyonu ile donatılmıştır.

Böyle bir arabanın bakımı (yakıt hücreleri değiştirilene kadar) son nesil sıradan bir arabadan çok daha pahalı olmasa da. Hidrojen üretimine sponsor olan ülkeler var, ancak bunu hesaba katarsak bile, kilogram gaz başına ortalama 11 buçuk dolar ödemeniz gerekecek. Motor tipine bağlı olarak, bu yaklaşık yüz kilometre mesafe için yeterli olabilir.

Hidrojen arabaları neden elektrikli arabalardan daha iyidir?

Yakıt hücreli bir hidrojen fabrikası alırsanız, böyle bir araba, yollarda görmeye alışkın olduğumuz elektrikli arabanın aynısı olacaktır. Tek fark, elektrikli arabanın ağdan veya bir benzin istasyonundaki bir terminalden şarj edilmesidir. Hidrojen taşınması kendisi için elektrik üretir.

Bu tür arabaların maliyeti gelince, daha pahalıdır. Örneğin temel konfigürasyondaki Tesla modelleri 45 bin dolara mal olacak. Japonya'dan hidrojen analogları 57 bin cu karşılığında satın alınabilir. Bavyeralılar ise arabalarını "yeşil" yakıtla 50 bin dolar fiyatla satıyorlar.

Pratiklik göz önüne alındığında, arabayı gazla doldurmak (yaklaşık beş dakika sürecektir), otoparkta yarım saat beklemekten (hızlı şarjla, her tür akü için izin verilmemektedir) daha kolaydır. Bu, hidrojen bitkilerinin artısıdır.

Diğer bir artı, yakıt hücrelerinin özellikle bakıma ihtiyaç duymaması ve çalışma ömürlerinin oldukça uzun olmasıdır. Elektrikli araçlara gelince, çok sayıda şarj-deşarj döngüsüne sahip olması nedeniyle devasa pillerinin yaklaşık beş yıl içinde değiştirilmesi gerekecek. Dondurucu sıcaklıklarda elektrikli araçlarda akü, yaz aylarına göre çok daha hızlı boşalıyor. Ancak hidrojen oksidasyonunun reaksiyonundaki element bundan zarar görmez ve kararlı bir şekilde elektrik üretir.

Hidrojen arabaları için beklentiler nelerdir ve yolda ne zaman görülecekler?

Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nde, hidrojen arabası zaten bulunabilir. Ancak yine de merak kategorisindedirler. Ve bugün çok fazla olasılık yok.

Bu tür bir taşımacılığın yakında tüm ülkelerin yollarını doldurmamasının ana nedeni üretim kapasitesinin olmamasıdır. Öncelikle hidrojen üretiminin kurulması gerekiyor. Dahası, çevre dostu olmanın yanı sıra çoğu sürücünün kullanabileceği bir yakıt olacak bir seviyeye ulaşmak gerekir. Bu gazın üretimine ek olarak, nakliyesini organize etmek gerekir (bunun için metanın taşındığı otoyolları güvenle kullanabilirsiniz) ve birçok dolum istasyonunu uygun terminallerle donatın.

İkinci olarak, her otomobil üreticisinin üretim hatlarını ciddi şekilde modernize etmesi gerekecek ve bu da önemli yatırımlar gerektirecek. Küresel bir salgının patlak vermesi nedeniyle istikrarsız bir ekonomide, çok az kişi bu tür riskler alacaktır.

Elektrikli taşımacılığın gelişme hızına bakarsanız, popülerleşme süreci çok hızlı gerçekleşti. Bununla birlikte, elektrikli arabaların popülaritesinin nedeni yakıttan tasarruf etme yeteneğidir. Ve bu genellikle satın alınmalarının ilk nedenidir ve çevreyi korumak adına değil. Hidrojen söz konusu olduğunda, paradan tasarruf etmek mümkün olmayacaktır (en azından şimdi), çünkü onu üretmek için çok daha fazla enerji kaynağı harcanmaktadır.

Hidrojen motorlarının artıları ve ana dezavantajları

Öyleyse özetleyelim. Hidrojen yakıtlı motorların avantajları aşağıdaki faktörleri içerir:

• Çevre dostu emisyon;
• Güç ünitesinin sessiz çalışması (elektrikli çekiş);
• Bir yakıt hücresi kullanılması durumunda, sık sık bakım gerekli değildir;
• Hızlı yakıt ikmali;
• Elektrikli araçlarla karşılaştırıldığında, tahrik sistemi ve enerji kaynağı donma sıcaklıklarında bile daha kararlı çalışır.

Gelişim bir yenilik olarak adlandırılamasa da, yine de, ortalama bir sürücüyü dikkatle bakmaya iten bazı eksiklikleri var. Bunlardan bazıları:

• Hidrojenin tutuşması için gaz halinde olması gerekir. Bu belirli zorluklar yaratır. Örneğin, hafif gazları sıkıştırmak için özel pahalı kompresörler gerekir. Ayrıca son derece yanıcı olduğundan yakıtın uygun şekilde depolanması ve taşınması ile ilgili bir sorun vardır;
• Araca takılacak olan silindirin periyodik olarak kontrol edilmesi gerekecektir. Bunun için sürücünün özel bir merkezi ziyaret etmesi gerekecek ve bu ek bir maliyettir;
• Bir hidrojen arabasında, büyük bir batarya kullanılmaz, ancak, kurulum hala makul bir ağırlığa sahiptir ve bu, aracın dinamik özelliklerini önemli ölçüde etkiler;
• Hidrojen - en ufak bir kıvılcımda tutuşur, bu nedenle böyle bir arabayı içeren bir kazaya ciddi bir patlama eşlik eder. Bazı sürücülerin kendi güvenlikleri ve diğer yol kullanıcılarının hayatları konusundaki sorumsuz tutumu göz önüne alındığında, bu tür araçlar henüz yollara bırakılamaz.

İnsanlığın temiz bir çevreye olan ilgisi dikkate alındığında, "yeşil" taşımacılığın sonuçlandırılması konusunda bir atılım yapılması beklenmektedir. Ama bu olduğunda, bunu sadece zaman gösterecek.

Bu arada, Toyota Mirai'nin video incelemesini izleyin:

Hidrojenin geleceği? Toyota Mirai - TAM İNCELEME ve Özellikler | LiveFEED®

Sorular ve Cevaplar:

Hidrojen motoru neden tehlikelidir? Hidrojen karışımının yanması sırasında motor, benzinin yanmasından daha fazla ısınır. Sonuç olarak, pistonların, valflerin yanması ve ünitenin aşırı yüklenmesi olasılığı yüksektir.

Bir hidrojen arabasına nasıl yakıt ikmali yapılır? Böyle bir araba, gaz halindeki (sıvılaştırılmış veya sıkıştırılmış gaz) hidrojenle beslenir. Yakıt depolamak için 350-700 atmosfere sıkıştırılır ve sıcaklık -259 dereceye ulaşabilir.

Hidrojen içten yanmalı motor nasıl çalışır? Araba bir tür pil ile donatılmıştır. Oksijen ve hidrojen özel plakalardan geçer. Sonuç, su buharı ve elektriğin serbest bırakılmasıyla kimyasal bir reaksiyondur.