Motori me hidrogjen. Si funksionon dhe disavantazhet

Motorët me djegie të brendshme nuk u shfaqën si njësi të veçanta të energjisë në mënyrë dramatike. Përkundrazi, motori klasik erdhi si rezultat i përsosjes dhe përmirësimit të motorëve të nxehtësisë. Lexoni se si u shfaq gradualisht njësia, të cilën jemi mësuar ta shohim nën kapakun e makinave. në një artikull të veçantë.

Sidoqoftë, kur u shfaq makina e parë e pajisur me një motor me djegie të brendshme, njerëzimi mori një automjet vetëlëvizës që nuk kërkonte ushqim të vazhdueshëm, si një kal. Shumë gjëra kanë ndryshuar në motorë që nga viti 1885, por një pengesë mbetet e pandryshuar. Gjatë djegies së një përzierje të benzinës (ose karburantit tjetër) dhe ajrit, lëshohen shumë substanca të dëmshme që ndotin mjedisin.

Nëse përpara ardhjes së automjeteve vetëlëvizëse, arkitektët e vendeve evropiane kishin frikë se qytetet e mëdha do të mbyteshin në bajgë kuajsh, sot banorët e megacities thithin ajër të ndotur.

Shtrëngimi i standardeve mjedisore për transportin po i detyron prodhuesit e automjeteve të zhvillojnë një kabllo elektrike më të pastër. Pra, shumë kompani u interesuan për teknologjinë e krijuar më parë të Anjos Jedlik - një karrocë vetëlëvizëse në tërheqjen elektrike, e cila u shfaq përsëri në 1828. Dhe sot kjo teknologji është vendosur aq fort në botën e automobilave saqë nuk do të habitni askënd me një makinë elektrike ose një hibrid.

Por ajo që është vërtet inkurajuese janë termocentralet, çlirimi i vetëm i të cilave është uji i pijshëm. Shtë një motor hidrogjeni.

Çfarë është një motor me hidrogjen?

Ky është një lloj motori që përdor hidrogjenin si lëndë djegëse. Përdorimi i këtij elementi kimik do të zvogëlojë shterimin e burimeve të hidrokarbureve. Arsyeja e dytë për interesimin për instalime të tilla është ulja e ndotjes së mjedisit.

Në varësi të llojit të motorit që do të përdoret në transport, funksionimi i tij do të ndryshojë nga motori klasik me djegie të brendshme ose do të jetë identik.

Historia e shkurtër

Motorët me djegie të brendshme me hidrogjen u shfaqën në të njëjtën periudhë kur po zhvillohej dhe përmirësohej parimi ICE. Një inxhinier dhe shpikës francez projektoi versionin e tij të një motori me djegie të brendshme. Lënda djegëse që ai përdori në zhvillimin e tij është hidrogjeni, i cili shfaqet si rezultat i elektrolizës së H₂A. Në 1807, u shfaq makina e parë me hidrogjen.

Isaac De Rivaz në 1807 paraqiti një patentë për zhvillimin e një traktori për pajisjet ushtarake. ai propozoi përdorimin e hidrogjenit si një nga njësitë e energjisë.

Njësia e energjisë ishte pistoni, dhe ndezja në të ishte për shkak të formimit të një shkëndijë në cilindër. E vërtetë, krijimi i parë i shpikësit kishte nevojë për gjenerimin e shkëndijave manuale. Pas vetëm dy vitesh, ai përfundoi punën e tij dhe lindi automjeti i parë me vetëlëvizje hidrogjeni.

Sidoqoftë, në atë kohë, zhvillimit nuk iu dha rëndësi, sepse gazi nuk është aq i lehtë për tu marrë dhe ruajtur sa benzina. Motorët me hidrogjen u përdorën praktikisht në Leningrad gjatë bllokadës nga gjysma e dytë e vitit 1941. Megjithëse, duhet të pranojmë se këto nuk ishin ekskluzivisht njësi hidrogjeni. Këto ishin motorë të zakonshëm me djegie të brendshme GAZ, vetëm se nuk kishte karburant për ta, por kishte shumë gaz në atë kohë, pasi ato ushqeheshin me tullumbace.

Në gjysmën e parë të viteve 80, shumë vende, dhe jo vetëm evropiane, por edhe Amerika, Rusia dhe Japonia ndërmorën të eksperimentojnë me këtë lloj instalimi. Pra, në vitin 1982, gjatë punës së përbashkët të uzinës Kvant dhe ndërmarrjes së automobilave RAF, u shfaq një motor i kombinuar, i cili funksiononte në një përzierje të hidrogjenit dhe ajrit dhe një bateri 5 kW / h u përdor si burim energjie.

Që nga ajo kohë, vende të ndryshme kanë bërë përpjekje për të futur automjete "të gjelbërta" në linjat e tyre të modelit, por në shumicën e rasteve automjete të tilla ose mbetën në kategorinë prototip ose kishin një botim shumë të kufizuar.

Si punon kjo

Meqenëse sot ka shumë motorë operimi të kësaj kategorie, në secilin rast individual impianti i hidrogjenit do të funksionojë sipas parimit të tij. Konsideroni se si funksionon një modifikim që mund të zëvendësojë motorin klasik me djegie të brendshme.

Në një motor të tillë, padyshim që do të përdoren qelizat e karburantit. Ata janë një lloj gjeneratorësh që aktivizojnë një reaksion elektrokimik. Brenda pajisjes, hidrogjeni oksidohet, dhe rezultati i reagimit është lirimi i energjisë elektrike, avullit të ujit dhe azotit. Dioksidi i karbonit nuk emetohet në një instalim të tillë.

Një automjet i bazuar në një njësi të ngjashme është i njëjti automjet elektrik, vetëm bateria në të është shumë më e vogël. Qeliza e karburantit gjeneron energji të mjaftueshme për të operuar të gjitha sistemet e automjeteve. E vetmja vërejtje është se që nga fillimi i procesit deri në gjenerimin e energjisë, mund të zgjasë rreth 2 minuta. Por dalja maksimale e instalimit fillon pas ngrohjes së sistemit, e cila zgjat nga një çerek ore deri në 60 minuta.

Kështu që termocentrali nuk punon kot dhe nuk është e nevojshme të përgatitni transportin për udhëtimin paraprakisht, një bateri konvencionale është instaluar në të. Gjatë ngasjes, ajo rimbushet për shkak të rimëkëmbjes dhe është e nevojshme ekskluzivisht për ndezjen e një makine.

Një makinë e tillë është e pajisur me një cilindër me vëllime të ndryshme, në të cilin hidhet hidrogjen. Në varësi të mënyrës së ngasjes, madhësisë së makinës dhe fuqisë së instalimit elektrik, një kilogram gaz mund të jetë i mjaftueshëm për 100 kilometra udhëtim.

Llojet e motorëve me hidrogjen

Megjithëse ka disa modifikime të motorëve me hidrogjen, të gjithë ato ndahen në dy lloje:

• Lloji i njësisë me qelizë karburanti;
• Motor me djegie të brendshme të modifikuar, i përshtatur për të punuar me hidrogjen.

Le të shqyrtojmë secilin lloj veç e veç: cilat janë tiparet e tyre.

Termocentralet bazuar në qelizat e karburantit hidrogjen

Qeliza e karburantit bazohet në parimin e një baterie, në të cilën zhvillohet një proces elektrokimik. Dallimi i vetëm midis analogit të hidrogjenit është efikasiteti i tij më i lartë (në disa raste, më shumë se 45 përqind).

Qeliza e karburantit është një dhomë e vetme në të cilën vendosen dy elemente: katoda dhe anoda. Të dy elektrodat janë të veshura me platin (ose paladium). Një membranë ndodhet midis tyre. Ajo ndan zgavrën në dy dhoma. Oksigjeni furnizohet në zgavër me katodën, dhe hidrogjeni furnizohet në të dytën.

Si rezultat, ndodh një reaksion kimik, rezultati i të cilit është kombinimi i molekulave të oksigjenit dhe hidrogjenit me lëshimin e energjisë elektrike. Një efekt anësor i procesit është uji dhe azoti i çliruar. Elektrodat e qelizave të karburantit janë të lidhura me qarkun elektrik të makinës, përfshirë motorin elektrik.

Motorë me djegie të brendshme me hidrogjen

Në këtë rast, megjithëse motori quhet hidrogjen, ai ka një strukturë identike si një ICE konvencionale. Dallimi i vetëm është se nuk digjet benzinë ​​ose propan, por hidrogjen. Nëse mbushni një cilindër me hidrogjen, atëherë ekziston një problem - ky gaz do të zvogëlojë efikasitetin e një njësie konvencionale me rreth 60 përqind.

Këtu janë disa probleme të tjera me kalimin në hidrogjen pa azhurnuar motorin:

• Kur kompresohet HTS, gazi do të hyjë në një reaksion kimik me metalin nga i cili bëhen dhoma e djegies dhe pistoni, dhe shpesh kjo mund të ndodhë edhe me vajin e motorit. Për shkak të kësaj, një përbërje tjetër formohet në dhomën e djegies, e cila nuk dallohet nga një aftësi e veçantë për të djegur mirë;
• Boshllëqet në dhomën e djegies duhet të jenë perfekte. Nëse diku sistemi i karburantit ka të paktën rrjedhje minimale, gazi lehtë do të ndizet me kontaktin me objektet e nxehta.

Motori për Honda Clarity

Për këto arsye, është më praktike të përdoret hidrogjeni si lëndë djegëse në motorët rrotullues (cila është tipari i tyre, lexoni këtu) Kolektorët e marrjes dhe shkarkimit të njësive të tilla janë të vendosura veçmas nga njëra-tjetra, kështu që gazi në hyrje nuk nxehet. Sido që të jetë, ndërsa motorët po modernizohen në mënyrë që të shmangen problemet e përdorimit të karburantit më të lirë dhe më miqësor ndaj mjedisit.

Sa është jeta e shërbimit të qelizave të karburantit?

Në të gjithë botën sot, makina të tilla janë shumë të rralla, dhe ato ende nuk janë në seri, është e vështirë të thuash se çfarë burimi ka ky burim energjie. Zejtarët ende nuk kanë përvojë në këtë drejtim.

E vetmja gjë që mund të thuhet është se sipas deklaratave të përfaqësuesve të Toyota, qeliza e karburantit të makinës së tyre të prodhimit Mirai është e aftë të gjenerojë pandërprerë energji deri në 250 mijë kilometra. Pas këtij momenti, ju duhet të monitoroni efektivitetin e pajisjes. Nëse performanca e tij është ulur ndjeshëm, qeliza e karburantit ndryshohet në një qendër shërbimi të autorizuar. Vërtetë, duhet pritur që kompania do të marrë një shumë të mirë për këtë procedurë.

Cilat kompani tashmë janë duke prodhuar ose do të prodhojnë makina me hidrogjen?

Shumë kompani janë të angazhuara në zhvillimin e një njësie të energjisë miqësore me mjedisin. Këtu janë markat e automjeteve, në zyrën e dizajnit të të cilave tashmë ekzistojnë opsione pune, të gatshme për të shkuar në seri:

• Mercedes-Benz është një crossover GLC F-Cell, fillimi i shitjeve të të cilit u njoftua në 2018, por deri më tani vetëm disa ndërmarrje dhe ministri të Gjermanisë e kanë blerë atë. Një prototip i traktorit të qelizave të karburantit hidrogjen, GenH2, u zbulua kohët e fundit;
• Hyundai - Prototipi Nexo i prezantuar dy vjet më parë;
• BMW është një prototip i hidrogjenit Hydrogen 7, i cili u lëshua nga linja e montimit. Seria prej 100 kopjesh mbeti në fazën eksperimentale, por kjo tashmë është diçka.

Ndër makinat e aksioneve që mund të blihen si në Amerikë ashtu edhe në Evropë janë përkatësisht modelet Mirai dhe Clarity nga Toyota dhe Honda. Për ndërmarrjet e tjera, ky zhvillim është akoma ose në versionin e vizatimit, ose si një prototip jo-punues.

toyota mirai

Qartësia e Honda

Sa kushton një makinë me hidrogjen?

Kostoja e një makine me hidrogjen është e përshtatshme. Arsyeja për këtë janë metalet e çmuara që përbëjnë elektrodat e qelizave të karburantit (paladium ose platin). Gjithashtu, një makinë moderne është e pajisur me sisteme të panumërta të sigurisë dhe stabilizimin e funksionimit të elementeve elektrike, gjë që gjithashtu kërkon burime materiale.

Edhe pse mirëmbajtja e një makine të tillë (derisa të zëvendësohen qelizat e karburantit) nuk është shumë më e shtrenjtë se një makinë e zakonshme e gjeneratave të fundit. Ka vende që sponsorizojnë prodhimin e hidrogjenit, por edhe me këtë, ju do të duhet të paguani mesatarisht 11 dollarë e gjysmë për kilogram gaz. Në varësi të llojit të motorit, kjo mund të jetë e mjaftueshme për një distancë prej rreth njëqind kilometrash.

Pse makinat me hidrogjen janë më të mira se makinat elektrike?

Nëse merrni një impiant hidrogjeni me qeliza karburanti, atëherë një makinë e tillë do të jetë identike me makinën elektrike që jemi mësuar ta shohim në rrugë. Dallimi i vetëm është se makina elektrike karikohet nga rrjeti ose nga një terminal në një stacion karburanti. Transporti i hidrogjenit në vetvete gjeneron energji elektrike për vete.

Sa i përket kostos së makinave të tilla, ato janë më të shtrenjta. Për shembull, modelet Tesla në konfigurimin bazë do të kushtojnë nga 45 mijë dollarë. Analoge hidrogjeni nga Japonia mund të blihen për 57 mijë cu. Nga ana tjetër, bavarezët shesin makinat e tyre me karburant “jeshil” me një çmim prej 50 mijë dollarësh.

Nëse marrim parasysh praktikën, është më lehtë të furnizosh makinën me karburant (do të duhen rreth pesë minuta) sesa të presësh gjysmë ore (me karikim të shpejtë, i cili nuk lejohet për të gjitha llojet e baterive) në parking. Ky është plus i bimëve hidrogjen.

Një tjetër plus - qelizat e karburantit nuk kanë nevojë veçanërisht për mirëmbajtje, dhe jeta e tyre e punës është mjaft e madhe. Sa për automjetet elektrike, bateria e tyre e madhe do të kërkojë zëvendësim në rreth pesë vjet për shkak të faktit se ajo ka shumë cikle të shkarkimit të karikimit. Në temperaturat e ngrirjes, bateria në automjetet elektrike shkarkohet shumë më shpejt se në verë. Por elementi në reagimin e oksidimit të hidrogjenit nuk vuan nga kjo dhe prodhon në mënyrë të qëndrueshme energji elektrike.

Cilat janë perspektivat për makinat me hidrogjen dhe kur do të shihen ato në rrugë?

Në Evropë dhe Shtetet e Bashkuara, makina me hidrogjen tashmë mund të gjendet. Sidoqoftë, ata janë akoma në kategorinë e kuriozitetit. Dhe sot nuk ka shumë perspektiva.

Arsyeja kryesore që ky lloj transporti nuk do të mbushë shpejt rrugët e të gjitha vendeve është mungesa e kapacitetit prodhues. Së pari, është e nevojshme të vendoset prodhimi i hidrogjenit. Për më tepër, është e nevojshme të arrihet një nivel i tillë që, përveç miqësisë me mjedisin, të jetë edhe karburant i disponueshëm për shumicën e automjeteve. Përveç prodhimit të këtij gazi, është e nevojshme të organizohet transportimi i tij (edhe pse për këtë ju mund të përdorni në mënyrë të sigurt autostradat përgjatë të cilave transportohet metani), si dhe të pajisni shumë stacione mbushëse me terminale të përshtatshme.

Së dyti, secili prodhues i automjeteve do të duhet të modernizojë seriozisht linjat e prodhimit, gjë që kërkon investime të konsiderueshme. Në një ekonomi të paqëndrueshme për shkak të shpërthimit të një epidemie globale, pakkush do të ndërmarrë rreziqe të tilla.

Nëse shikoni ritmin e zhvillimit të transportit elektrik, procesi i popullarizimit ndodhi shumë shpejt. Sidoqoftë, arsyeja e popullaritetit të makinave elektrike është aftësia për të kursyer në karburant. Dhe kjo është shpesh arsyeja e parë pse blihen, dhe jo për hir të ruajtjes së mjedisit. Në rastin e hidrogjenit, nuk do të jetë e mundur të kursehen para (të paktën tani), sepse shumë më tepër energji harxhohet për prodhimin e tij.

Pro dhe disavantazhet kryesore të motorëve me hidrogjen

Pra, le ta përmbledhim. Përparësitë e motorëve të karburantit hidrogjen përfshijnë faktorët e mëposhtëm:

• Emision miqësor ndaj mjedisit;
• Funksionimi i heshtur i njësisë së energjisë (tërheqja elektrike);
• Në rastin e përdorimit të një qelize karburanti, mirëmbajtja e shpeshtë nuk është e nevojshme;
• Karburant i shpejtë;
• Krahasuar me automjetet elektrike, sistemi i shtytjes dhe burimi i energjisë funksionojnë më stabil edhe në temperaturat e ngrirjes.

Megjithëse zhvillimi nuk mund të quhet një risi, megjithatë, ai ende ka një numër mangësish që e shtyjnë automobilistin mesatar ta shikojë me kujdes. Këtu janë disa prej tyre:

• Që hidrogjeni të ndizet, duhet të jetë në gjendje të gaztë. Kjo krijon disa vështirësi. Për shembull, kërkohen kompresorë të veçantë të shtrenjtë për të kompresuar gazrat e lehta. Ekziston gjithashtu një problem me ruajtjen dhe transportimin e duhur të karburantit, pasi është shumë i ndezshëm;
• Cilindri, i cili do të instalohet në makinë, do të duhet të kontrollohet periodikisht. Për ta bërë këtë, automobilisti do të duhet të vizitojë një qendër të specializuar, dhe kjo është një kosto shtesë;
• Në një makinë me hidrogjen, një bateri e madhe nuk përdoret, megjithatë, instalimi ende peshon mirë, gjë që ndikon ndjeshëm në karakteristikat dinamike të automjetit;
• Hidrogjeni - ndizet në shkëndijën më të vogël, kështu që një aksident që përfshin një makinë të tillë do të shoqërohet me një shpërthim të rëndë. Duke pasur parasysh qëndrimin e papërgjegjshëm të disa shoferëve ndaj sigurisë së tyre dhe jetës së përdoruesve të tjerë të rrugës, automjete të tilla nuk duhet të lëshohen ende në rrugë.

Duke marrë parasysh interesin e njerëzimit për një mjedis të pastër, pritet që të bëhet një përparim në çështjen e finalizimit të transportit "të gjelbër". Por kur kjo të ndodhë, vetëm koha do ta tregojë.

Në ndërkohë, shikoni rishikimin e videos në Toyota Mirai:

E ardhmja për hidrogjenin? Toyota Mirai - RISHIKIM I PLOTË dhe Specifikat | LiveFEED®

Pyetje dhe Përgjigje:

Pse është i rrezikshëm një motor hidrogjeni? Gjatë djegies së përzierjes së hidrogjenit, motori nxehet më shumë sesa gjatë djegies së benzinës. Si rezultat, ekziston një probabilitet i lartë i djegies së pistonëve, valvulave dhe mbingarkesës së njësisë.

Si të mbushni me karburant një makinë me hidrogjen? Një makinë e tillë ushqehet me hidrogjen në gjendje të gaztë (gaz i lëngshëm ose i ngjeshur). Për të ruajtur karburantin, ajo është e ngjeshur në 350-700 atmosfera, dhe temperatura mund të arrijë -259 gradë.

Si funksionon një motor me djegie të brendshme me hidrogjen? Makina eshte e pajisur me nje lloj baterie. Oksigjeni dhe hidrogjeni kalojnë nëpër pllaka të veçanta. Rezultati është një reaksion kimik me lëshimin e avullit të ujit dhe energjisë elektrike.