Водороден мотор. Како работи и лошите страни

Моторите со внатрешно согорување не се појавија како посебни единици на енергија драматично. Наместо тоа, класичниот мотор настанал како резултат на рафинирање и подобрување на топлинските мотори. Прочитајте како постепено се појави единицата, која сме навикнале да ја гледаме под хаубата на автомобилите. во посебна статија.

Меѓутоа, кога се појавил првиот автомобил опремен со мотор со внатрешно согорување, човештвото добило самоодно возило за кое не било потребно постојано хранење, како коњ. Многу работи се променија во моторите од 1885 година, но еден недостаток останува непроменет. За време на согорувањето на мешавина од бензин (или друго гориво) и воздух, се ослободуваат премногу штетни материи што ја загадуваат животната средина.

Ако пред појавата на самоодни возила, архитектите на европските земји стравуваа дека големите градови ќе се удават во коњски измет, денес жителите на мегалополисите дишат нечист воздух.

Заострувањето на еколошките стандарди за транспорт ги принудува производителите на возила да развијат почист погонски систем. Значи, многу компании се заинтересираа за претходно создадената технологија на Анјос Једлик - самоодна количка на електрично влечење, која се појави уште во 1828 година. И денес оваа технологија стана толку цврсто воспоставена во автомобилскиот свет што нема да изненадите никого со електричен автомобил или хибрид.

Но, она што навистина охрабрува е електраните, чие единствено ослободување е вода за пиење. Тоа е водороден мотор.

Што е водороден мотор?

Ова е вид на мотор кој користи водород како гориво. Употребата на овој хемиски елемент ќе го намали исцрпувањето на ресурсите на јаглеводороди. Втората причина за интерес за вакви инсталации е намалувањето на загадувањето на животната средина.

Во зависност од тоа каков вид мотор ќе се користи во транспортот, неговото работење ќе се разликува од класичниот мотор со внатрешно согорување или ќе биде идентично.

Кратка историја

Водородните мотори со внатрешно согорување се појавија во истиот период кога се развиваше и подобруваше принципот ICE. Француски инженер и пронаоѓач дизајнираше своја верзија на мотор со внатрешно согорување. Горивото што го користел во својот развој е водород, кој се појавува како резултат на електролиза на Н.₂А. Во 1807 година се појави првиот автомобил со водород.

Исак Де Риваз во 1807 година поднесе патент за развој на трактор за воена опрема. како една од енергетските единици, тој предложи да се користи водород.

Енергијата беше клип, а палењето во него се должеше на формирање на искра во цилиндерот. Точно, на првото создавање на пронаоѓачот му требаше рачно генерирање искри. По само две години, тој ја заврши својата работа и се роди првото самоодно водородно возило.

Меѓутоа, во тоа време, на развојот не му беше дадена важност, бидејќи гасот не се добива лесно и се чува како бензинот. Водородните мотори практично се користеа во Ленинград за време на блокадата од втората половина на 1941 година. Сепак, мора да признаеме дека тоа не беа исклучиво единици на водород. Овие беа обични мотори со внатрешно согорување ГАЗ, само што немаше гориво за нив, но имаше многу гас во тоа време, бидејќи тие се поттикнуваа со балони.

Во првата половина на 80-тите години, многу земји, не само европски, туку и Америка, Русија и Јапонија, се обврзаа да експериментираат со овој вид инсталација. Значи, во 1982 година, со заедничка работа на фабриката во Квант и автомобилското претпријатие РАФ, се појави комбиниран мотор, кој работи на мешавина од водород и воздух, а како извор на енергија се користи батерија од 5 kW / h.

Оттогаш, имаше обиди од различни земји да воведат „зелени“ возила во нивните модели линии, но во повеќето случаи таквите автомобили или останаа во категоријата прототип или имаа многу ограничено издание.

Како работи

Бидејќи денес има многу работни мотори од оваа категорија, водородната централа ќе работи според сопствениот принцип во секој поединечен случај. Размислете како работи една модификација што може да го замени класичниот мотор со внатрешно согорување.

Таквиот мотор дефинитивно ќе користи горивни ќелии. Тие се еден вид генератори кои активираат електрохемиска реакција. Во внатрешноста на уредот, водородот се оксидира, а резултатот од реакцијата е ослободување на електрична енергија, водена пареа и азот. Јаглерод диоксид не се емитува во таква инсталација.

Возило засновано на слична единица е исто електрично возило, само батеријата во него е многу помала. Горивната ќелија генерира доволно енергија за да работи со сите системи на возила. Единствената забелешка е што од почетокот на процесот до генерирање на енергија, тоа може да трае околу 2 минути. Но, максималниот излез на инсталацијата започнува откако системот ќе се загрее, што трае од една четвртина од еден час до 60 минути.

Така што електраната не работи залудно и не е потребно однапред да се подготви транспортот за патувањето, во неа е инсталирана конвенционална батерија. Додека возите, тој се полни поради закрепнување, а потребен е исклучиво за палење автомобил.

Таквиот автомобил е опремен со цилиндар од различен волумен, во кој се пумпа водород. Во зависност од режимот на возење, големината на автомобилот и моќноста на електричната инсталација, еден килограм бензин може да биде доволен за 100 километри патување.

Типови на водородни мотори

Иако постојат неколку модификации на водородни мотори, сите тие спаѓаат во два вида:

• Тип на единица со горивна ќелија;
• Изменет мотор со внатрешно согорување, прилагоден за работа на водород.

Ајде да го разгледаме секој тип одделно: кои се нивните карактеристики.

Електрани врз основа на водородни горивни ќелии

Горивната ќелија се заснова на принципот на батерија, во која се одвива електрохемиски процес. Единствената разлика помеѓу аналогот на водород е неговата поголема ефикасност (во некои случаи, повеќе од 45 проценти).

Горивната ќелија е единечна комора во која се поставени два елементи: катодата и анодата. Двете електроди се обложени со платина (или паладиум). Мембрана се наоѓа помеѓу нив. Ја дели празнината на две комори. Кислородот се снабдува во шуплината со катодата, а водородот се снабдува со втората.

Како резултат, се јавува хемиска реакција, чиј резултат е комбинација на молекули на кислород и водород за производство на електрична енергија. Несакан ефект на процесот е ослободен вода и азот. Електродите на горивните ќелии се поврзани со електричното коло на автомобилот, вклучувајќи го и електричниот мотор.

Водородни мотори со внатрешно согорување

Во овој случај, иако моторот се нарекува водород, тој има идентична структура како конвенционалниот ICE. Единствената разлика е во тоа што не гори бензин или пропан, туку водород. Ако го наполните цилиндерот со водород, тогаш има еден проблем - овој гас ќе ја намали ефикасноста на конвенционалната единица за околу 60 проценти.

Еве неколку други проблеми со префрлување на водород без надградба на моторот:

• Кога HTS е компресиран, гасот ќе влезе во хемиска реакција со металот од кој се направени комората за согорување и клипот, и често тоа може да се случи и со моторното масло. Поради ова, во комората за согорување се формира различно соединение, кое не се разликува во посебната способност за висококвалитетно согорување;
• Празнините во комората за согорување мора да бидат совршени. Ако некаде системот за гориво има барем минимално истекување, гасот лесно ќе се запали при контакт со топли предмети.

Мотор за Honda Clarity

Од овие причини, попрактично е да се користи водород како гориво во ротирачки мотори (каква е нивната карактеристика, прочитајте тука) Колекциите за внесување и издувни гасови на таквите единици се наоѓаат одделно едни од други, така што гасот на влезот не се загрева. Биди така, додека моторите се модернизираат за да се заобиколат проблемите со користење на поевтино и еколошко гориво.

Колку трае работниот век на горивните ќелии?

Во целиот свет денес, ваквите автомобили се многу ретки, и сè уште ги нема во серијата, тешко е да се каже каков вид на ресурс има даден извор на енергија. Занаетчиите сè уште немаат искуство во овој поглед.

Единственото нешто што може да се каже е дека според претставниците на Тојота, горивната ќелија на нивниот производствен автомобил Мираи е способна непречено да генерира енергија до 250 илјади километри. По оваа пресвртница, треба да ја следите ефикасноста на уредот. Ако неговите перформанси се значително намалени, горивната ќелија се менува во овластен сервисен центар. Точно, треба да се очекува дека компанијата ќе земе пристоен износ за оваа постапка.

Кои компании веќе произведуваат или ќе прават автомобили со водород?

Многу компании се занимаваат со развој на еколошка енергетска единица. Еве ги авто-брендовите, во бирото за дизајн, веќе постојат опции за работа, подготвени да влезат во серии:

• Mercedes-Benz е кросовер GLC F-Cell, чиј почеток на продажба беше објавен во 2018 година, но досега го купија само неколку претпријатија и министерства на Германија. Неодамна беше претставен прототип на единица трактор на водородни ќелии со гориво, GenH2;
• Hyundai - прототип Nexo претставен пред две години;
• BMW е прототип на водородот Hydrogen 7, кој беше ослободен од монтажната линија. Серија од 100 примероци остана во експериментална фаза, но ова е веќе нешто.

Меѓу акционите автомобили што можат да се купат и во Америка и во Европа се моделите Mirai и Clarity од Toyota и Honda, соодветно. За останатите компании, овој развој е сè уште или во верзијата за цртање, или како неработен прототип.

Тојота Мираи

Јасност на Хонда

Колку чини автомобил на водороден погон?

Цената на автомобилот со водород е пристојна. Причината за ова се благородните метали кои се дел од електродите на горивните ќелии (паладиум или платина). Исто така, модерен автомобил е опремен со безброј безбедносни системи и стабилизирање на работата на електричните елементи, што исто така бара материјални ресурси.

Иако одржувањето на ваков автомобил (до моментот на заменување на горивните ќелии) не е многу поскапо од обичниот автомобил од најновите генерации. Постојат земји кои го спонзорираат производството на водород, но дури и со ова, ќе мора да платите во просек 11 и пол долари за килограм гас. Во зависност од видот на моторот, ова може да биде доволно за растојание од околу сто километри.

Зошто автомобилите со водород се подобри од електричните автомобили?

Ако земете постројка за водород со горивни ќелии, тогаш таков автомобил ќе биде идентичен со електричниот автомобил што сме навикнале да го гледаме на патиштата. Единствената разлика е во тоа што електричниот автомобил се полни од мрежата или од терминал на бензинска пумпа. Транспортот на водород сам по себе генерира електрична енергија.

Што се однесува до цената на ваквите автомобили, тие се поскапи. На пример, моделите на Тесла во основната конфигурација ќе чинат од 45 илјади долари. Аналози на водород од Јапонија може да се купат за 57 илјади единици. Од друга страна, Баварците ги продаваат своите автомобили на „зелено“ гориво по цена од 50 долари или повеќе.

Ако ја земеме предвид практичноста, полесно е да се наполни автомобилот со бензин (ќе трае околу пет минути) отколку да се чека половина час (со брзо полнење, што не е дозволено за сите видови батерии) на паркингот. Ова е плус на растенијата со водород.

Друг плус - горивните ќелии не треба особено да одржуваат, а нивниот работен век е доста голем. Што се однесува до електричните возила, нивната огромна батерија ќе бара замена за околу пет години, поради фактот што има многу циклуси на полнење на полнење. При температури на замрзнување, батеријата во електричните возила се испразнува многу побрзо отколку во лето. Но, елементот на реакција на оксидација на водород не страда од ова и стабилно произведува електрична енергија.

Кои се изгледите за автомобили со водород и кога ќе бидат видени на патот?

Во Европа и САД, водородниот автомобил веќе може да се најде. Сепак, тие сè уште се во категоријата iosубопитност. И денес има малку изгледи.

Најважната причина што овој вид на транспорт наскоро нема да ги пополни патиштата на сите земји е недостатокот на производствен капацитет. Прво, потребно е да се воспостави производство на водород. Покрај тоа, потребно е да се достигне такво ниво што, покрај еколошката, да биде гориво достапно и за повеќето возачи. Покрај производството на овој гас, потребно е да се организира и неговиот транспорт (иако за ова можете безбедно да ги користите автопатите по кои се пренесува метан), како и да опремите многу станици за полнење со соодветни терминали.

Второ, секој производител на автомобили ќе мора сериозно да ги модернизира производните линии, што бара значителни инвестиции. Во нестабилна економија поради избивање на глобална епидемија, малкумина ќе преземат такви ризици.

Ако погледнете во темпото на развој на електричниот транспорт, процесот на популаризација се одвиваше многу брзо. Сепак, причината за популарноста на електричните автомобили е можноста да се заштеди на гориво. И, ова е честопати првата причина зошто се купуваат, а не заради зачувување на животната средина. Во случај на водород, нема да може да се заштедат пари (барем сега), бидејќи многу повеќе енергија се троши на неговото производство.

Позитивни и главни недостатоци на водородните мотори

Значи, да резимираме. Предностите на моторите со водородно гориво ги вклучуваат следниве фактори:

• Еколошка емисија;
• Тивко работење на енергетската единица (електрично влечење);
• Во случај на употреба на горивна ќелија, не е потребно често одржување;
• Брзо полнење гориво;
• Во споредба со електричните возила, погонскиот систем и изворот на енергија работат постабилно дури и при температури на замрзнување.

Иако развојот не може да се нарече новина, сепак, тој сè уште има голем број недостатоци што го натераат просечниот возач да го гледа со претпазливост. Еве неколку од нив:

• За да се запали водородот, тој мора да биде во гасовита состојба. Ова создава одредени потешкотии. На пример, потребни се специјални скапи компресори за компресија на светли гасови. Исто така, постои проблем со правилно складирање и транспорт на гориво, бидејќи е многу запалив;
• Цилиндерот, кој ќе биде инсталиран на автомобилот, ќе треба периодично да се проверува. За да го направите ова, возачот на автомобилот ќе треба да посети специјализиран центар, и ова е дополнителен трошок;
• Во автомобил со водород, не се користи огромна батерија, сепак, инсталацијата сепак тежи пристојно, што значително влијае на динамичките карактеристики на возилото;
• Водород - се пали во најмала искра, па несреќата во која учествува таков автомобил ќе биде придружена со сериозна експлозија. Со оглед на неодговорниот однос на некои возачи кон нивната безбедност и животот на другите учесници во сообраќајот, ваквите возила сè уште не можат да бидат пуштени на патиштата.

Со оглед на интересот на човештвото за почиста животна средина, можеме да очекуваме дека ќе се направи чекор напред во прашањето за финализирање на „зелениот“ транспорт. Но, кога тоа ќе се случи, само времето ќе покаже.

Во меѓувреме, погледнете го видео прегледот на Toyota Mirai:

Иднината на водородот? Toyota Mirai - ЦЕЛОСЕН ПРЕГЛЕД и спецификации | LiveFEED®

Прашања и одговори:

Зошто водородниот мотор е опасен? За време на согорувањето на водородната смеса, моторот се загрева повеќе отколку за време на согорувањето на бензинот. Како резултат на тоа, постои голема веројатност за изгорување на клипови, вентили и преоптоварување на единицата.

Како да наполните гориво во автомобил со водород? Таков автомобил се напојува со водород во гасовита состојба (течен или компримиран гас). За складирање на горивото, тоа е компресирано на 350-700 атмосфери, а температурата може да достигне -259 степени.

Како работи водороден мотор со внатрешно согорување? Автомобилот е опремен со еден вид батерија. Кислородот и водородот минуваат низ посебни плочи. Резултатот е хемиска реакција со ослободување на водена пареа и електрична енергија.