Hidrogénjármű (üzemanyagcella) üzemeltetése
Tartalom
Az elektromos járművek üzemeltetésének másik alternatíváját, a hidrogénes megoldást már régóta tanulmányozták a németek és a japánok. Európa, amelyet a Tesla instabilnak tart, ennek ellenére úgy dönt, hogy csomagot tesz erre a technológiára (globálisan, nem kizárólag az autók meghajtására). Tehát nézzük meg, hogyan működik a hidrogén-autó, amely tehát csak egy változata az elektromos autónak.
Lásd még:
- Életképes egy hidrogén autó?
- Mik az üzemanyagcellák előnyei és hátrányai
Többféle hidrogén autó
Míg a jelenlegi technológia azokra az autókra vonatkozik, amelyek üzemanyagcellát használnak az elektromos motorok meghajtására, a hidrogént a belső égésű motoros járművekben is fel lehet használni. Ez valóban egy olyan gáz, amely ugyanúgy használható, mint a járműveinkben már használt LPG és CNG. Ezt az ötletet azonban elvetették, a dugattyús motor valóban jobban illeszkedik az időhöz ...
Itt egy hidrogénüzemű Toyota Mirai. Az USA-ban árulják, Franciaországban nem, mert nincs hidrogén elosztó pont... Elkésve az elektromos kivezetésekkel, hidrogénben már le vagyunk maradva!
A működés elve
Ha egy mondatban kellene összefoglalnunk a rendszert, azt mondanámezt elektromos motor aki vele sétál Üzemanyag nem szennyező (üzemben, nem gyártásban). Ahelyett, hogy az akkumulátort dugóval és így árammal töltjük fel, folyadékkal töltjük fel. Ezért hívjuk az üzemanyagcellás rendszert (ez
felhalmozódnak
amely üzemanyaggal működik, hogy
elfogyasztott
et
eltűnik a tartályból
). Valójában az egyetlen különbség az elektromos motorral szemben az energia tárolása, itt folyékony, nem kémiai formában.
Ezért meg kell jegyezni, hogy az akkumulátor lemerül, ellentétben a lítium vagy akár savas ólom akkumulátorral (lásd a hivatkozásokat, hogy megtudja, hogyan működnek).
Folyamattérkép
Hidrogén = hibrid?
Szinte ... Valóban, rendszeresen rendelkeznek egy további lítium akkumulátorral, amelynek hasznosságát az alábbiakban ismertetem. Ezért csak hidrogénnel, csak hagyományos akkumulátorral, vagy akár mindkettővel egyszerre lehet üzemeltetni.
Alkatrészek
Hidrogén tartály
Van egy tartályunk, amely 5-10 kg hidrogént képes tárolni, tudván, hogy minden kilogramm 33.3 kWh energiát tartalmaz (szemben az elektromos járművekkel, amelyek 35-100 kWh-sak). A tartályt kifejezetten úgy tervezték és robusztus, hogy ellenálljon 350-700 bar belső nyomásnak.
Benzintank
Az üzemanyagcella biztosítja majd az autó elektromos motorjának áramellátását, akárcsak egy hagyományos lítium akkumulátor. Ehhez azonban üzemanyagra van szüksége, mégpedig hidrogénre a tartályból. Nagyon drága platinából készült, de a legmodernebb változatokban megteszi anélkül is.
Puffer akkumulátor
Ez nem kötelező, de ez a szabvány a hidrogénüzemű járműveknél. Valójában tartalék akkumulátorként, teljesítményerősítőként szolgál (üzemanyagcellával párhuzamosan is működhet), de egyben és mindenekelőtt a mozgási energia visszaállítására szolgál lassítás és fékezés közben.
Teljesítmény elektronika
A felső diagrammon nem szerepel, a teljesítményelektronika vezérli, megszakítja és egyenirányítja (a váltakozó és egyenáram közötti átalakítást) az autó különböző alkatrészein átfolyó különféle áramokat.
Tankolás
Üzemanyagcellás működés: katalízis
A cél az elektronok (villamos energia) kinyerése a hidrogénből, hogy azokat egy villanymotorhoz továbbítsák. Mindez egy szabályozott elektrokémiai reakción keresztül történik, amely az egyik oldalon (a motor felé) választja el az elektronokat, a másik oldalon (az üzemanyagcellában) a protonokat. Az egész találkozás a katódnál végződik, ahol a reakció véget ér: a végső "keverék" vizet ad, amelyet kiszivattyúznak a rendszerből (kipufogó).
Itt van egy diagram a katalízisről, amely az elektromosság hidrogénből való kinyerését jelenti (fordított elektrolízis).
Itt az üzemanyagcella működését látjuk, nevezetesen a katalízis jelenségét.
A hidrogén H2 (azaz két hidrogén H atom egymáshoz ragasztva: dihidrogén) balról jobbra halad. Az anódhoz közeledve elveszíti magját (protonját), ami leszívódik (az oxidációs jelenség miatt). Az elektronok ezután folytatják útjukat jobbra, hogy ezt követően használhassák az elektromos motort.
Mi viszont újra összeszerelünk mindent úgy, hogy O2-t (a kompresszornak köszönhetően a levegőből származó oxigént) fecskendezünk a katódoldalra, ami természetesen lehetővé teszi egy vízmolekula kialakulását (ami az összes elemet egyetlen egésszé katalizálja). egy molekula, amely Hs és Os gyűjteménye).
A kémiai/fizikai reakciók összefoglalása
ANÓD : az anódnál a hidrogénatom félbe van vágva (H2 = 2e- + 2H+). Az atommag (H + ion) a katód felé ereszkedik, míg az elektronok (e-) folytatják útjukat, mivel nem tudnak átjutni az elektroliton (az anód és a katód közötti téren).
KATÓD: a katódon fordított (különböző módon) H + és e- elektronokat látunk. Ezután elég oxigénatomokat bevezetni, hogy ezek az elemek összeszedni akarjanak, ami aztán két hidrogénatomból és egy oxigénatomból álló vízmolekula létrejöttéhez vezet. Vagy a képlet: 2e- + 2H+ + O2 = H2O
Aratás ?
Ha csak magát az autót vesszük figyelembe, vagyis a tartály hatékonyságát a kerekek végéig (anyagátalakítás / mechanikai megerősítés), akkor itt egy kicsivel 50% alatt vagyunk. Valójában az akkumulátor hatékonysága körülbelül 50%, az elektromos motor pedig körülbelül 90%. Ezért először 50%-os, majd 10%-os szűrésünk van.
Ha egy energiát termelő erőmű hatásfokát vesszük figyelembe, akkor a hidrogén előállítása vagy akár az elektromos áram elosztása előtt (lítium esetében) a hidrogénre 25%, a villamos energiára 70% jut (megközelítőleg átlagos, nyilván ).
A jövedelmezőségről itt olvashat bővebben.
Mi a különbség a hidrogén autó és a lítium akkumulátoros elektromos autó között?
Az autók teljesen egyformák, kivéve az "energiatartályukat". Ezért ezek olyan elektromos járművek, amelyek rotor-állórészes motorokat (indukciós, állandó mágneses vagy akár reaktív) használnak.
Ha egy lítium akkumulátor is működik a benne zajló kémiai reakciónak köszönhetően (természetesen elektromos áramot: pontosabban elektronokat termelő reakció), akkor abból semmi nem jön ki, csak belső átalakulás történik. Az eredeti állapotba való visszatéréshez (újratöltés) elegendő az áramot átengedni (csatlakozni a szektorhoz), és a kémiai reakció újra elindul az ellenkező irányba. A probléma az, hogy időbe telik, még kompresszorokkal is.
A hidrogénmotornál, amely egy klasszikus villanymotor, amelyet üzemanyagcella (vagyis hidrogén) hajt, az akkumulátor egy kémiai reakció során hidrogént fogyaszt. Egy kipufogógázon keresztül ürítik ki, amely eltávolítja a vízgőzt (kémiai reakció eredménye).
Ezért logikai szempontból bármilyen elektromos autót adaptálhatnánk a hidrogénes autóhoz, elég a lítium akkumulátort üzemanyagcellára cserélni. Tehát az Ön megértése szerint a "hidrogénmotort" elsősorban elektromos motornak kell tekinteni (lásd itt, hogyan működik). Feltétlenül közeledik hozzá, nem azért, mert mint entitást megtankolják.
A tabletta alján zajló kémiai reakció hoz létre hőségA elektromosság (amire szükségünk van a villanymotorhoz) és víz.
Miért nem mindenhol?
A hidrogénnel kapcsolatos fő műszaki probléma a tárolás biztonságával kapcsolatos. Valójában az LPG-hez hasonlóan ez az üzemanyag is veszélyes, mert levegővel érintkezve gyúlékony lesz (és ez még nem minden). A probléma tehát nem csak az autó üzemanyaggal való feltöltése, hanem az is, hogy elég erős tankja legyen ahhoz, hogy bármilyen balesetet kibírjon. Természetesen a többletköltség is nagy vonzerőt jelent, és úgy tűnik, kevésbé életképes, mint egy lítium-ion akkumulátor, amelynek költsége meredeken csökken.
Végül a termelési és elosztási hálózat a világon nagyon fejletlen, a kormányok pedig elektrolízissel akarnak hidrogént előállítani megújuló energiaforrások felhasználásával (sok szakértő beszél utópisztikus sémáról, ami a mi "hirtelen" valóságunkban nem valósítható meg).
Végső soron nagyobb az esély arra, hogy a hagyományos villamos energia lesz a választott megoldás a jövőben, nem pedig a hidrogén, amelyet az egyéni mobilitáson túlmenően számos alkalmazásra használnak majd.
Minden megjegyzés és reakció
utolsó hozzászólás közzétéve:
Bernard (Dátum: 2021 09:23:14)
Helló,
Köszönöm ezeket az erős és érdekes ötleteket. Új szentjánosbogárral a régi agyamban hagyom el az oldalt.
Engem személy szerint meglep, hogy azon kívül, amit az atom-tengeralattjárókról tudok, senki sem fejlesztett ki tökéletes motort az utakra. Valóban ez volt az, amit a Philips az 1971-es Brüsszeli Autószalonon mutatott be, 200 LE-vel. két dugattyún.
A Philips 1937-1938-ban kezdte meg működését, és 1948-ban kezdte újra.
1971-ben dugattyúnként több száz lóerőt igényeltek. Azóta nem találok semmit... Természetesen Secret Defense.
Mi a helyzet a gázturbinás motorokkal?
Az ön lámpásai vizet adhatnak a gondolkodó malomhoz.
Köszönjük tudását és népszerűsítését.
Il J. 1 reakció (k) erre a megjegyzésre:
- adminisztrátor OLDALI ADMINISZTRÁTOR (2021-09-27 11:40:25): Nagyon szórakoztató olvasni, köszönöm.
Nem ismerem eléggé ezt a motortípust, hogy megítéljem, valószínűleg költség, méret, nehéz karbantartás, átlagos hatásfok miatt?
Figyelembe véve, hogy szükség van egy olyan megoldásra, amely lehetővé teszi a gáz melegítését, ezért a szokásos közforgalmú autókon való alkalmazása potenciálisan veszélyes (és idővel állandó lesz).
Röviden, gyanítom, hogy pontosabb és magabiztosabb választ reméltél... Elnézést.
(Bejegyzésed az ellenőrzés után látható lesz a megjegyzés alatt)
Írj egy megjegyzést
Az E elektromos képlet segítségével azt találja, hogy:
