Drejtimi i një automjeti hidrogjeni (qeliza karburanti)

 

Një alternativë tjetër për funksionimin e automjeteve elektrike, zgjidhja e hidrogjenit, është studiuar për një kohë të gjatë nga gjermanët dhe japonezët. Evropa, të cilën Tesla e konsideron të paqëndrueshme, megjithatë vendos të vendosë një paketë në këtë teknologji (globalisht, jo për qëllimin e vetëm të shtytjes së makinave). Pra, le të hedhim një vështrim se si funksionon makina me hidrogjen, e cila është pra një variant i veturës elektrike.

Shih gjithashtu:

• A është e zbatueshme një makinë me hidrogjen?
• Cilat janë avantazhet dhe disavantazhet e një qelize karburanti

Disa lloje të makinave me hidrogjen

Ndërsa teknologjia aktuale është për makinat që përdorin qeliza karburanti për të fuqizuar motorët e tyre elektrikë, hidrogjeni mund të përdoret gjithashtu në automjetet me djegie të brendshme reciproke. Indeedshtë me të vërtetë një gaz që mund të përdoret në të njëjtën mënyrë si LPG dhe CNG të përdorura tashmë në automjetet tona. Sidoqoftë, kjo ide u braktis, motori i pistonit është me të vërtetë më në përputhje me kohën ...

Këtu është një Toyota Mirai me hidrogjen. Isshtë shitur në SHBA, nuk është në Francë, sepse nuk ka pikë të shpërndarjes së hidrogjenit ... Duke qenë vonë me terminalet elektrike, ne tashmë jemi duke mbetur prapa në hidrogjen!

Parimi i funksionimit

Nëse do të duhej ta përmblidhnim sistemin në një fjali, do ta thoja këtëэто motor elektrik kush ecën me carburant jo ndotëse (në funksionim, jo ​​në prodhim). Në vend që ta karikojmë baterinë me prizë dhe rrjedhimisht me energji elektrike, e mbushim me lëng. Kjo është arsyeja pse ne e quajmë sistemin e qelizave të karburantit (është

grumbulloj

e cila punon me karburant që

konsumuar

et

zhduket nga rezervuari

) Në fakt, ndryshimi i vetëm me motorin elektrik është ruajtja e energjisë, këtu në formë të lëngshme, jo kimike.

Prandaj, duhet të theksohet se bateria po shkarkohet, ndryshe nga një bateri litiumi apo edhe acid-plumbi (shihni lidhjet për të mësuar se si funksionojnë).

Harta e procesit

Hidrogjen = hibrid?

Pothuajse ... Në të vërtetë, ata kanë sistematikisht një bateri litium shtesë, dobinë e së cilës do ta shpjegoj më poshtë. Prandaj, është e mundur të punohet vetëm me hidrogjen, vetëm duke përdorur një bateri konvencionale, ose edhe të dyja në të njëjtën kohë.

Komponentet

Rezervuar hidrogjeni

Ne kemi një rezervuar që mund të ruajë 5 deri në 10 kg hidrogjen, duke ditur se çdo kilogram përmban 33.3 kWh energji (krahasuar me automjetet elektrike, të cilat kanë 35 deri në 100 kWh). Rezervuari është projektuar posaçërisht dhe i fortë për të përballuar një presion të brendshëm prej 350 deri në 700 bar.

Vëndi i karburantit

Qeliza e karburantit do të sigurojë energji për motorin elektrik të makinës, ashtu si një bateri litiumi konvencionale. Sidoqoftë, ajo ka nevojë për karburant, domethënë hidrogjen nga rezervuari. Isshtë bërë prej platini shumë të shtrenjtë, por në versionet më moderne bën pa të.

Bateri tampon

Kjo nuk kërkohet, por është standardi për automjetet me hidrogjen. Në të vërtetë, ajo shërben si një bateri rezervë, një përforcues energjie (mund të punojë paralelisht me një qelizë karburanti), por gjithashtu dhe mbi të gjitha, shërben për të rivendosur energjinë kinetike gjatë ngadalësimit dhe frenimit.

Elektronikë të energjisë

E pa renditur në diagramin tim të sipërm, elektronika e fuqisë kontrollon, ndërpret dhe korrigjon (duke konvertuar midis rrymave AC dhe DC) rrymat e ndryshme që rrjedhin nëpër komponentë të ndryshëm të makinës.

Karburant

Funksionimi i qelizave të karburantit: kataliza

Qëllimi është nxjerrja e elektroneve (energjia elektrike) nga hidrogjeni për t'i dërguar ato në një motor elektrik. E gjithë kjo bëhet përmes një reaksioni elektrokimik të kontrolluar që ndan elektronet në njërën anë (drejt motorit) dhe protonet nga ana tjetër (në qelizën e karburantit). I gjithë takimi përfundon në katodë, ku përfundon reagimi: "përzierja" përfundimtare jep ujë, i cili pompohet nga sistemi (shter).

Këtu është një diagram i katalizës, që është nxjerrja e energjisë elektrike nga hidrogjeni (elektroliza e kundërt).

Këtu shohim funksionimin e qelizës së karburantit, përkatësisht fenomenin e katalizës.

Hidrogjeni H2 (domethënë dy atome H të hidrogjenit të ngjitur së bashku: dihidrogjeni) shkon nga e majta në të djathtë. Ndërsa i afrohet anodës, ajo humbet bërthamën e saj (proton), e cila do të thithet poshtë (për shkak të fenomenit të oksidimit). Elektronet pastaj do të vazhdojnë rrugën e tyre në të djathtë për të përdorur më pas motorin elektrik.

Nga ana tjetër, ne po rindërtojmë gjithçka duke injektuar O2 (oksigjen nga ajri falë kompresorit) në anën e katodës, e cila natyrisht do të lejojë formimin e një molekule uji (e cila do të katalizojë të gjithë elementët në një tërësi të vetme). një molekulë që është një koleksion i Hs dhe Os).

Përmbledhje e reaksioneve kimike/fizike

ANOD : në anodë, atomi i hidrogjenit "pritet" përgjysmë (H2 = 2e- + 2H+) Bërthama (joni H +) zbret drejt katodës, ndërsa elektronet (e-) vazhdojnë rrugën për shkak të pamundësisë së tyre për të kaluar nëpër elektrolit (hapësira midis anodës dhe katodës).

KATODE: në katodë shohim jone të kundërta (në mënyra të ndryshme) elektrone H + dhe e-. Atëherë mjafton të futen atomet e oksigjenit në mënyrë që të gjithë këta elementë të duan të grumbullohen, gjë që më pas çon në krijimin e një molekule uji të përbërë nga dy atome hidrogjeni dhe një atom oksigjeni. Ose formula: 2e- + 2H+ + O2 = H2O

Vjelja?

Nëse marrim parasysh vetëm vetë makinën, përkatësisht efikasitetin e rezervuarit deri në fund të rrotave (transformimi i materialit / përforcimi mekanik), ne jemi këtu pak më poshtë 50%. Në të vërtetë, bateria ka një efikasitet prej rreth 50%, dhe motori elektrik - rreth 90%. Prandaj, fillimisht kemi filtrim 50%, dhe më pas 10%.

Nëse marrim parasysh efikasitetin e një termocentrali që gjeneron energji, atëherë para prodhimit të hidrogjenit apo edhe shpërndarjes së energjisë elektrike (në rastin e litiumit) kemi 25% për hidrogjen dhe 70% për energji elektrike (afërsisht mesatare, padyshim )

Lexoni më shumë rreth përfitimit këtu.

Dallimi midis një makine hidrogjeni dhe një makine elektrike me bateri litium?

Makinat janë saktësisht të njëjta, përveç "rezervuarit të energjisë" të tyre. Prandaj, këto janë automjete elektrike që përdorin motorë rotor-stator (induksion, magnet të përhershëm, apo edhe reaktiv).

Nëse një bateri litiumi funksionon edhe për shkak të një reaksioni kimik brenda saj (një reaksion që prodhon natyrshëm energji elektrike: më saktë, elektrone), asgjë nuk del prej saj, ka vetëm një transformim të brendshëm. Për t'u kthyer në gjendjen e tij origjinale (rikarikimi), mjafton të kaloni rrymën (lidhni me sektorin) dhe reaksioni kimik do të fillojë përsëri në drejtim të kundërt. Problemi është se kërkon kohë, edhe me superngarkues.

Për një motor hidrogjeni, i cili është një motor elektrik klasik që mundësohet nga një qelizë karburanti (domethënë hidrogjeni), bateria konsumon hidrogjen gjatë një reaksioni kimik. Ai zbrazet përmes një shkarkimi që heq avujt e ujit (rezultat i një reaksioni kimik).

Prandaj, nga pikëpamja logjike, ne mund të përshtatim çdo makinë elektrike me një makinë hidrogjeni, mjafton të zëvendësojmë baterinë litium me një qelizë karburanti. Pra, sipas kuptimit tuaj, "motori i hidrogjenit" duhet të konsiderohet kryesisht si një motor elektrik (shikoni se si funksionon këtu). Ai domosdoshmërisht po i afrohet atij, jo sepse ai furnizohet me karburant si një entitet.

Reaksioni kimik në bazën e kësaj tablete prodhon nxehtësinga elektricitet (çfarë na nevojitet për motorin elektrik) dhe ujë.

Pse jo kudo?

Problemi kryesor teknik për hidrogjenin lidhet me sigurinë e magazinimit. Në fakt, ashtu si LPG, ky karburant është i rrezikshëm sepse bëhet i ndezshëm në kontakt me ajrin (dhe kjo nuk është e gjitha). Pra, problemi nuk është vetëm mbushja e makinës me karburant, por edhe të kesh një rezervuar mjaft të fortë për të përballuar çdo aksident. Sigurisht, kostoja shtesë është gjithashtu një zvarritje e madhe, dhe duket se është më pak e zbatueshme sesa një bateri litium-jon, kostoja e së cilës po bie ndjeshëm.

Së fundi, rrjeti i prodhimit dhe shpërndarjes në botë është shumë i pazhvilluar dhe qeveritë duan të prodhojnë hidrogjen me anë të elektrolizës duke përdorur burime të ripërtëritshme të energjisë (shumë ekspertë flasin për një skemë utopike që nuk mund të realizohet në realitetin tonë "të papritur").

Në fund të fundit, ekziston një shans më i mirë që energjia elektrike konvencionale të jetë zgjidhja e zgjedhur për të ardhmen, në vend të hidrogjenit, i cili do të përdoret për një sërë aplikimesh përtej lëvizshmërisë individuale.

Të gjitha komentet dhe reagimet

dernier komenti i postuar:

Bernard (Data: 2021, 09:23:14)

Përshëndetje,

Faleminderit për këto ide të forta dhe interesante. Do të largohem nga faqja me një xixëllonj të ri në trurin tim të vjetër.

Personalisht, jam i befasuar që, përveç asaj që di për nëndetëset bërthamore, askush nuk ka zhvilluar një motor të përsosur për rrugën. Ishte me të vërtetë ai që Philips u zbulua në Motor Show në Bruksel 1971, me 200 kuaj fuqi. në dy pistona.

Philips filloi operacionet në 1937-1938 dhe rifilloi në 1948.

Në 1971, ata pretenduan disa qindra kuaj fuqi për pistoni. Që atëherë nuk mund të gjej asgjë ... Sigurisht, Mbrojtja Sekrete.

Po motorët me turbina me gaz?

Fenerët tuaj mund të shtojnë pak ujë në mullirin tim të të menduarit.

Faleminderit për njohuritë dhe popullarizimin tuaj.

Il I. 1 reagimi (et) ndaj këtij komenti:

• administrator ADMINISTRATORI I SITIT (2021-09-27 11:40:25): ashtë shumë argëtuese të lexosh, faleminderit.

  Unë nuk di sa duhet për këtë lloj motori për të gjykuar, ndoshta për shkak të kostos, madhësisë, mirëmbajtjes së vështirë, efikasitetit mesatar?

  Duke pasur parasysh se është e nevojshme të keni një zgjidhje që ju lejon të ngrohni gazin, dhe për këtë arsye aplikimi i tij në një makinë të zakonshme publike është potencialisht i rrezikshëm (dhe se do të jetë konstante me kalimin e kohës).

  Me pak fjalë, dyshoj se po shpresonit për një përgjigje më të saktë dhe të sigurt ... Na falni.

(Postimi juaj do të jetë i dukshëm nën komentin pas verifikimit)

Shkruaj një koment

Duke përdorur formulën elektrike E, do të zbuloni se: