03.02.2016
Zdroje naší planety nejsou nekonečné, včetně zásob „černého zlata“ (ropy). I přes pokles světových cen a dostupnost určitých zásob vědomí důležitosti alternativ neopouští hlavu mnoha myslím lidstva. Uplynou roky a svět bude čelit nedostatku energetických zdrojů.
Budoucí nedostatek ropy ale není jediným důvodem, proč hledat nové možnosti. Lidé začali přemýšlet o budoucnosti naší planety a ochraně životního prostředí. Na tomto pozadí začal vývoj vodíkových motorů – zařízení schopných provozu na nevyčerpatelné, dostupné a bezpečné palivo.
Podstata problému
Jedním z hlavních problémů jsou samozřejmě emise do atmosféry. V roce 2015 pochází asi třetina všech emisí CO2 z vozidel (především automobilů). Podle výsledků výzkumu budou do roku 2050 emise oxidu uhličitého pouze růst (spolu s nárůstem vozového parku).
Kromě CO2 je tu ještě jeden problém – oxidy dusíku, které nepříznivě ovlivňují zdraví a vedou k různým problémům s dýchacím ústrojím lidí. Vědcům se již podařilo prokázat, že jednou z příčin astmatu je právě oxid dusnatý.
Důležitým problémem je růst cen energií. Jak ukázala praxe, zvýšení nebo snížení ceny ropy příliš neovlivňuje cenu paliva. Benzín (nafta) je a bude drahý. Cena, pokud vůbec nějaká, klesne, ale jen v malé míře. Na tomto pozadí je nutné hledat alternativu, která může poskytnout nezávislost v energetickém sektoru.
Příběh
Téměř polovina ropy vyrobené na světě jde na výrobu paliva pro automobily. O vodíku jako o náhradě klasického „černého zlata“ se uvažovalo již delší dobu. Důvod je prostý – zásoby této látky na planetě stačí „nakrmit planetu“ na tisíce let. Vodík se navíc z vody snadno získává, takže nejsou problémy s hledáním zdrojů. Jediným problémem je přeprava a skladování, ale tyto problémy se již řeší.
První závod fungující na vodík se objevil v roce 1841 (mluvíme o patentované verzi). Již o 11 let později se Německu podařilo postavit spalovací motor, který mohl běžet na směs dvou prvků – vodíku a vzduchu. Na známé světu vzducholoď Hindeburg měla motor na plyn (obsahoval polovinu vodíku). Ale po tragédii se vzducholodí v roce 1937 a smrti 37 lidí se zájem o vodík jako palivo dočasně ztratil.
Ale již v 70. letech 19. století se vývojáři opět vrátili k vytvoření vodíkového motoru. V současné fázi se na nejvyšší úrovni diskutuje o důležitosti zlepšování a aktivního zavádění takových technologií. Popularita je také způsobena růstem cen ropných produktů, což nutí mnoho zemí hledat skutečné a dostupné alternativy.
Myšlenka vytvořit vodíkový motor byla nejen vyzvednuta, ale také implementována takovými populárními výrobci, jako jsou Honda Motors, General Motors, Ford, BMW a další.
Typy vodíkových aut
Pokud vezmeme v úvahu stávající vodíková auta, pak mezi nimi můžeme rozlišit tři hlavní skupiny:
- Vozidla s konvenčním motorem schopným jezdit na vodík nebo vodíkové složení.Tyto typy vozů jsou univerzální, to znamená, že mohou jezdit na čistý vodík nebo s využitím vodíku jako přísady do paliva. Charakteristickým rysem těchto vozů je vysoká účinnost (v případě smíchání s palivem o téměř 15-20%). Druhým pozitivním bodem je čištění výfukových plynů. Zejména se snižuje redukce oxidu uhelnatého a sacharidů o téměř 50 % a oxidů dusíku o 500 %. Taková auta se vyrábějí jak v zahraničí, tak v zemích SNS. První vozidla se přitom objevila kolem 80. let minulého století.
- Elektricky poháněné stroje.Taková vozidla se nazývají „hybridy“. Jejich funkcí je uvádění kol do pohybu pomocí elektrický pohon napájen z baterie. Zvláštnost hybridní motor- schopnost pracovat jak na obyčejný vodík (čistou směs), tak na směs s klasickým palivem. První možnost je nákladově efektivnější a ekonomicky oprávněná. Celková účinnost automobilu s elektromotorem může dosáhnout 95 %. V porovnání se spalovacími motory a jejich 30-35% je tak vysoký parametr opravdu úžasný. Přechod na vodík tedy může zvýšit účinnost motoru téměř trojnásobně. Ale ani zde není vše dokonalé. Dokonce i baterie a její nabití vyžadují palivo, takže škodlivé emise budou stále přítomny. Pro úplné odstranění škodlivých výparů byl vytvořen typ vodíkového motoru diskutovaný níže.
- Vodíkové auto, které je instalováno Elektrický motor fungující z hlavního paliva.Podle teorie je taková jednotka schopna provozu ze směsi vodíku a vzduchu. Účinnost zařízení může dosáhnout 85 %. Ale to je teoreticky. V praxi bylo dosaženo pouze 75 %. V podmínkách městského cyklu toto vozidlo má oproti tomu spoustu výhod běžná auta(především ve vztahu k nákladům na palivo).
Jak to funguje?
Schéma provozu automobilu na vodík je následující:
- píst se pohybuje shora dolů a zároveň otevírá výfukový ventil;
- tlak ve spalovací komoře se rovná atmosférickému;
- když píst dosáhne spodního bodu, komora je utěsněna;
- výfukový ventil se uzavře a vstřik se provádí přes ventily přívodu paliva palivová směs(výbušný plyn);
- v procesu spalování směsi se tlak v komoře zvyšuje; tato síla je dostatečná k otevření zpětných ventilů instalovaných v hlavě válců a k uvolnění produktů spalování;
- tlak klesá, což vede k uzavření zpětné ventily a utěsnění spalovací komory;
- působení vytvořeného tlaku přispívá k pohybu pístu a jeho návratu do původního bodu;
- jakmile píst dosáhne horní polohy, sací ventily se opět otevřou a tak dále.
Díky tomu se princip fungování vodíkového motoru neliší od běžného spalovacího motoru. Jediným rozdílem je použité palivo.
Co se týče přijímání potřebný plyn, to se může stát několika způsoby. Jedním z nich je elektrolýza vody.
Výše popsané schéma je nejjednodušší, ale funguje. V tomto případě lze vodík použít i v běžném spalovacím motoru. Výhodou takové substituce je rychlé spálení paliva a zvýšení celkového výkonu vozu.
Doporučuje se přidávat kapalné výpary pohonná jednotka již dostupné vodíkové palivo. Po najetí na vodík se motor vlastně čistí od karbonových usazenin a různých „sprejů“. Ale je tu i negativní stránka. Spolu se sazemi vodík smývá stávající olejový film. V důsledku toho se může snížit zdroj energetického uzlu.
Pro přeměnu konvenčního motoru na vodíkové palivo se vyplatí změnit výfuk a ventilový systém. Navíc je nutné vyměnit písty, které by měly mít keramický povlak. Pokud provedete takové úpravy, pak určitě nebudou žádné problémy s mazáním nebo rzí.
Výhody a nevýhody
O všech vyhlídkách vodíkových motorů můžete diskutovat dlouho, ale první věcí, se kterou byste měli vždy začít, je prostudovat si klady a zápory konstrukce.
Mezi výhody vodíkových motorů patří:
- Vysoká šetrnost k životnímu prostředí je jednou z hlavních předností, která je stále hlavním hnacím motorem této novinky. Vodík sám o sobě je skutečně ekologické palivo. V důsledku jeho spalování vzniká pouze voda. To je snadné vidět na příkladu jednoduchého chemického vzorce - 2H2 + O2 \u003d 2H2O. Mnozí si to budou myslet při jízdě vodíkovým autem z výfukové potrubí vyleje se obyčejná voda(parní). Není to tak úplně pravda. Nesmíme zapomenout, že v motoru je stále olej nebo nemrznoucí kapalina, která se může dostat do spalovacího prostoru, a následně do výfuku vozu. Pro vědce to ale není problém – na odstranění nedostatku už pracují. Je možné, že v blízké budoucnosti nepovede spalování ropy ke zhoršení kvality emisí a výsledná voda by mohla být zachycena elektrolýzou;
- Je možné používat dva druhy paliva najednou – benzín a vodík. Jediné, co je k tomu nutné, je nainstalovat dva samostatné kontejnery. V případě potřeby si můžete vybrat typ paliva, který je v určitém okamžiku nejrelevantnější;
- Vysoké šance užitečná akce, který je o 200 % vyšší než u běžného spalovacího motoru a o 150 % vyšší než u vznětového motoru;
- Více nízká úroveň hluk během provozu;
- Odborníci se shodují, že za 30–40 let vodík plně pokryje všechny potřeby paliva;
- Vodík je ve všech ohledech ideální směs pro použití jako palivo. Má neomezené objemy, pokud je za surovinu považována obyčejná voda.
Nevýhody vodíkového motoru:
- Pro správnou funkci vodíkového motoru jsou zapotřebí výkonné baterie, Celková váha což může být velmi vážné. V důsledku toho se celková hmotnost vozidla zvětší;
- Vodíkové palivové články jsou drahé, což prodražuje samotnou dopravu. aplikace vodíkové prvky nevyhnutelně vede ke zvýšení nebezpečí požáru a výbuchu;
Málokdo bude popírat perspektivu využití vodíku jako paliva pro automobily, alespoň jako přechodného paliva. Vodík je totiž za prvé absolutně ekologické palivo a za druhé jeho zásoby jsou prakticky neomezené, nevyčerpatelné a obnovitelné. To znamená, že vodík lze vyrábět kdekoli, kde jsou silné zdroje energie. Mnoho našich čtenářů nám jistě namítne, že vodík a vodíkové palivo nejsou vůbec tím, o co bychom měli usilovat. S tímto tvrzením částečně souhlasíme. Vodík skutečně není palivo, na kterém bychom rádi viděli auta budoucnosti. Ale na druhou stranu, s tím vším je to velmi velký krok vpřed a důstojná náhrada současného benzínu a zejména nafty. Přechod na vodík je ale zdržován především informačním pozadím. V učebnicích i na televizních obrazovkách se nám totiž neustále říká, že vodík je výbušná látka, a hlavně jsou k práci na vodíku potřeba speciální motory, jejichž vymýšlení, testování atd. trvá velmi dlouho. Nebudeme odepisovat všechny tyto soudy o světových spiknutích, protože většina takových úvah může být spojena s běžnou nevědomostí, která v tento případ docela omluvitelné, protože je velmi obtížné najít spolehlivé informace o této záležitosti.
Proto by bylo užitečné zopakovat, že pozitivní zkušenosti se startováním konvenčních motorů s vnitřním spalováním bez jakýchkoliv úprav byly úspěšně provedeny během druhé světové války, při obraně Leningradu.
Ale jedna věc je, jestli to někdo někde udělal, a druhá věc je vidět to na vlastní oči a mít opakovatelnou a jednoduchou metodu pro startování konvenčních spalovacích motorů na vodík bez jakýchkoliv úprav a zušlechťování spalovacího motoru, nebo alespoň s minimálními úpravami motoru. Jsme rádi, že se s vámi můžeme podělit o pozitivní zkušenost z úplného spuštění konvenčním motorem vnitřní spalování na stejný úplně obyčejný průmyslový vodík!
No vidíš!? Vše si můžete zkontrolovat sami, bez drahé laboratoře, milionů dolarů financí a dalších „rušivých“ faktorů!
No a teď si zkusme odpovědět společně další otázky:
— Spotřeba vodíku ve srovnání s benzínem, jak se věci mají v praxi?
- Existují nějaké negativní aspekty používání vodíku místo paliva?
— Optimalizace spalovacího motoru pro provoz na vodík.
Budeme velmi rádi, když uslyšíme a ještě více uvidíme vaše komentáře a videa. Ale protože tento článek je zveřejněn v sekci praxe, pak jak komentáře, tak videa, čekáme na prakticky užitečné, potvrzené osobní zkušenost a nejen teoretické předpoklady.
Moderní automobilový průmysl se rozvíjí s důrazem na výrobu ekologičtějších vozidel. Může za to celosvětový boj za čistotu. atmosférický vzduch snížením emisí uhlíku. Neustálý růst cen benzinu nutí výrobce také hledat jiné zdroje energie. Řada předních automobilek postupně přechází na sériová výroba auta na alternativní paliva, která ve velmi blízké budoucnosti povedou k tomu, že se objeví na silnicích světa dost nejen elektromobily, ale i vozy s motory poháněnými vodíkovým palivem.
Jak fungují vodíková auta
Automobil na vodíkový pohon je navržen tak, aby snižoval atmosférické emise oxidu uhličitého a dalších škodlivých nečistot. Použití vodíku k pohonu kolového vozidla je možné dvěma různými způsoby:
- použití vodíkového motoru s vnitřním spalováním (VDVS);
- elektrárna elektrická jednotka fungující z vodíkových prvků (HE).
VVS je obdobou dnes široce používaných motorů, jejichž palivem je propan. Právě tento model motoru je nejjednodušší překonfigurovat pro práci na vodík. Princip jeho činnosti je stejný jako u benzinového motoru, do spalovacího prostoru se místo benzinu dostává pouze zkapalněný vodík. Auto s obnovitelnými zdroji energie je ve skutečnosti elektromobil. Vodík je zde pouze surovinou pro výrobu elektřiny potřebné k pohonu elektromotoru.
Vodíkový prvek se skládá z následujících částí:
- sbor;
- membrána, která propouští pouze protony - rozděluje kapacitu na dvě části: anodu a katodu;
- anodu potaženou katalyzátorem (palladium nebo platina);
- katoda se stejným katalyzátorem.
Princip činnosti VE je založen na fyzikálně-chemické reakci, která se skládá z:
Při pohybu auta tedy nevychází žádný oxid uhličitý, ale pouze vodní pára, elektřina a oxid dusnatý.
Klíčové vlastnosti vodíkových automobilů
Hlavní hráči na automobilovém trhu již mají prototypy svých produktů využívajících vodík jako palivo. Určitě můžete zdůraznit jednotlivé technické vlastnosti těchto strojů:
- maximální vyvinutá rychlost až 140 km/h;
- průměrný nájezd na jedno natankování je 300 km (někteří výrobci, například Toyota nebo Honda, uvádějí dvojnásobek - 650, respektive 700 km, pouze na vodík);
- čas zrychlení na 100 km / h z nuly - 9 sekund;
- výkon elektrárny až 153 koní.
Tento vůz dokáže zrychlit na 179 km/h a až na 100 km/h vůz zrychlí za 9,6 sekundy a co je nejdůležitější, je schopen ujet 482 km bez dalšího doplňování paliva. Docela dobré parametry i na benzínové motory. Dosud nedošlo k posunu směrem k letectvu využívajícímu zkapalněný H2 nebo vozidlům poháněným obnovitelnými zdroji energie a není jasné, který z těchto typů motorů bude dosahovat nejlepších výsledků. Specifikace a ekonomické ukazatele. Dnes se však vyrábí více modelů strojů s elektrickým pohonem, poháněných obnovitelnými zdroji energie, které dávají větší účinnost. I když spotřeba vodíku na získání 1 kW energie je u VDVS menší.
Kromě toho převybavení spalovacích motorů na vodík za účelem zvýšení účinnosti vyžaduje změnu zapalovacího systému zařízení. Problém rychlého vyhoření pístů a ventilů vlivem vyšší teploty spalování vodíku zatím není vyřešen. Tady se rozhodne o všem další vývoj jak technologií, tak i cenové dynamiky při přechodu na sériovou výrobu.
Klady a zápory aut na vodík
Mezi hlavní výhody vodíkových vozidel patří:
- vysoká šetrnost k životnímu prostředí, spočívající v absenci většiny škodlivé látky ve výfukových plynech typických pro provoz benzínového motoru - oxid uhličitý a oxid uhelnatý, oxid a oxid siřičitý, aldehydy, aromatické uhlovodíky;
- vyšší účinnost ve srovnání s benzínovými vozy;
Obecně má auto ambice dobýt celý svět. - menší hluk z motoru;
- nedostatek složitých, nespolehlivých systémů dodávky paliva a chlazení;
- možnost použití dvou druhů paliva.
Vzduchem poháněná vozidla mají navíc nižší hmotnost a větší užitečný objem, a to i přes nutnost instalovat palivové nádrže.
Mezi nevýhody vodíkových aut patří:
- objemnost elektrárny při použití palivových článků, což snižuje manévrovatelnost vozu;
- vysoká cena samotných vodíkových prvků kvůli palladiu nebo platině, které obsahují;
- nedokonalost provedení a nejistota v materiálu pro výrobu nádrží na vodíkové palivo;
- nedostatek technologie skladování vodíku;
- nedostatek vodíkových čerpacích stanic, jejichž infrastruktura je po celém světě velmi špatně rozvinutá.
S přechodem na sériovou výrobu vozů vybavených vodíkovými elektrárnami však bude většina těchto nedostatků s největší pravděpodobností odstraněna.
Která vozidla na vodíkový pohon se již vyrábí
Výroba strojů pro vodíkové palivo angažované v předních světových automobilových společnostech, jako jsou BMW, Mazda, Mercedes, Honda, MAN a Toyota, Daimler AG a General Motors. Mezi experimentálními modely, a někteří výrobci už mají i malosériové, jsou vozy fungující pouze na vodík, případně s možností použití dvou druhů paliva, tzv. hybridy.
Takové modely vodíkových vozidel se již vyrábějí, jako například:
- Ford Focus FCV;
- Mazda RX-8 vodík;
- Mercedes-Benz třídy A;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- autobusy MAN lví město Autobus a Ford E-450;
- hybridní vůz na dva druhy paliva BMW Hydrogen 7.
Dnes můžeme s jistotou říci, že navzdory stávajícím potížím (nové si cestu razí vždy s obtížemi) patří budoucnost více zelená auta. Automobily na vodíkové palivo budou důstojná soutěž elektrická vozidla.
Toyota Mirai, vodíkem poháněná alternativa k revolučním elektromobilům, úspěšně dokončila nejnovější „tajný“ silniční test. Právě druhý den zástupci společnosti oznámili, že jsou připraveni uvést vůz do výroby.
Díky úsilí Japonští výrobci aut, v dohledné době se mohou vodíková auta stát na silnicích běžnou záležitostí ve většině rozdílné země. Tedy hybridní auto na vodík Motor Toyota Mirai je již dnes připravena vstoupit na globální trh.
Zatím poprvé konceptuální model Toyota Mirai byla představena v roce 2013 autosalon v Tokiu. Později se vůz ukázal veřejnosti v upravené podobě v letech 2014 a 2015. Očekávalo se, že vůz vyjede na silnice před koncem roku 2015, později byl termín posunut na rok 2016. Zároveň Předprodej Auto začalo v roce 2014 v Japonsku. Jedna Toyota Mirai stojí zhruba 57 tisíc amerických dolarů. V USA a Evropě se Toyota Mirai bude prodávat po oficiálním uvedení na trh.
Vodíkový vůz má karoserii čtyřmístný sedan. Délka těla - 4870 mm, šířka - 1810 mm, výška - 1535 mm. Použitý model je ZBA-JPD10-CEDSS. Stroj pouze používá pohon předních kol. Poloměr otáčení je 5,7 metru a rozměr pneumatiky je 215/55. Základní sada používá litá kola R17. Světlá výška- 130 mm. K dnešnímu dni je to vše, co je oficiálně známo o technické součásti Toyota Mirai.
Byly oznámeny i parametry elektrárny vozu. Vůz bude poháněn díky FCA110, který bude poháněn palivovými články třídy FC stack. Motor vyrábí elektřinu díky chemické reakci vodíku a kyslíku, která se v něm vyskytuje. Maximální účinnost je 83 %, pro srovnání 1,3 litru Plynový motor dává pouze 38 %. maximální výkon elektromotor v tomto případě bude 153 koní.
Toyota Mirai nevytváří žádné škodlivé emise, z motoru vozu vychází pouze čistá energie a voda. Na 4 km stroj vypustí do atmosféry 240 mililitrů vody.
Mnohem důležitější a zajímavější je, že 10. února 2016 skončil poslední 107denní test Toyoty Mirai. Auto jezdilo po silnicích Japonska, USA, Německa a mnoha dalších zemí. Celkem aut a prošlo 100 tisíc kilometrů. Během této doby vůz měnil dvakrát pneumatiky a jednou destičky. palivové články vodíkové auto ukázali svou nejlepší stránku.
To stojí za zmínku značka Toyota vstoupil .
Tradiční spalovací motor (ICE) má řadu významných nedostatků, které vědce nutí hledat důstojná náhrada. Nejoblíbenější variantou takové alternativy je elektromotor, ale není jediný, který může konkurovat spalovacím motorům. Tento článek se zaměří na vodíkový motor, který je právem považován za budoucnost automobilového průmyslu a může problém vyřešit škodlivé emise a náklady na palivo.
Krátký příběh
Navzdory tomu, že ochrana životního prostředí se stala masovým problémem až nyní, o změně standardní motor vnitřního spalování, o tom vědci uvažovali již dříve. V roce 1806 tedy motor na vodíkový pohon „uviděl svět“, což umožnil francouzský vynálezce Francois Isaac de Rivaz (vyráběl vodík elektrolýzou vody).
Uplynulo několik desetiletí a v Anglii byl vydán první patent na vodíkový motor (1841) a v roce 1852 němečtí vědci zkonstruovali spalovací motor, který mohl běžet na směs vzduchu a vodíku.
O něco později, během blokády Leningradu, kdy byl benzín nedostatkovým produktem a vodík byl k dispozici v dostatečném množství. ve velkém počtu Technik Boris Shelishch navrhl použití směsi vzduch-vodík pro provoz balonů. Poté byly všechny spalovací motory balonových navijáků převedeny na vodíkový pohon a celkový počet strojů na vodíkový pohon dosáhl 600 kusů.
V první polovině 20. století nebyl zájem veřejnosti o vodíkové motory velký, ale s příchodem palivové a energetické krize 70. let se situace dramaticky změnila. Zejména v roce 1879 společnost BMW vydalo první auto, které celkem úspěšně jelo na vodík (bez výbuchů a úniku vodní páry z výfukového potrubí).
Po BMW začali tímto směrem pracovat i další velkých automobilek a koncem minulého století už téměř každá sebeúctyhodná automobilka měla koncept vývoje auta na vodíkový pohon. S koncem ropné krize se však zájem veřejnosti o alternativní zdroje palivo, i když v naší době se opět začíná probouzet, poháněno ekology bojujícími za snížení toxicity výfukové plyny auta.
Navíc ceny energií a touha po nezávislosti na palivu jen přispívají k teoretickému a praktickému výzkumu vědců z mnoha zemí světa. Nejaktivnějšími společnostmi jsou BMW, General Motors, Motor Honda, Ford Motor.
Zajímavý fakt! Vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru, ale na naší planetě ho v čisté podobě najdete jen velmi těžko.
Princip činnosti a typy vodíkového motoru
Hlavním rozdílem mezi vodíkovou továrnou a tradičními motory je způsob dodávky palivová kapalina a následné zapálení pracovní směsi. Přitom princip přeměny vratných pohybů klikového mechanismu na užitečná práce zůstává nezměněno. Vzhledem k tomu spalování ropné palivo děje docela pomalu směs paliva a vzduchu naplní spalovací komoru dříve, než píst dosáhne svého extrému nejvyšší pozice(tzv. horní úvrať).
Rychlá reakce vodíku umožňuje posunout dobu vstřiku blíže k okamžiku, kdy se píst začne vracet ke dnu mrtvý střed. Je třeba poznamenat, že tlak v palivovém systému nemusí být nutně vysoký.
Pokud jsou pro vodíkový motor vytvořeny ideální provozní podmínky, pak může mít palivový systém jídlo uzavřený typ kdy bude proces míchání probíhat bez účasti atmosférického vzdušné proudy. V tomto případě po kompresním zdvihu zůstává ve spalovací komoře vodní pára, která při průchodu chladičem kondenzuje a mění se zpět na obyčejnou vodu.
Použití tohoto typu zařízení je však možné pouze tehdy, má-li vozidlo elektrolyzér, který odděluje vodík od vody pro jeho opětovnou reakci s kyslíkem. Na tento moment je velmi obtížné dosáhnout takových výsledků. Pro stabilní provoz motorů a jeho páry jsou součástí výfukových plynů.
Bezproblémové spuštění elektrárny a její stabilní provoz na výbušný plyn bez použití atmosférického vzduchu je proto stále nesplnitelný úkol. Pro automobilové vodíkové závody existují dvě možnosti:jednotky fungující na bázi vodíkových palivových článků a vodíkových spalovacích motorů.
Elektrárny založené na vodíkových palivových článcích
Princip činnosti palivových článků je založen na fyzikálních a chemických reakcích. Ve skutečnosti se jedná o stejné vedení nabíjecí baterie, to je jen účinnost palivového článku je o něco vyšší než u baterie a je asi 45 % (někdy i více).
V těle vodíkovo-kyslíkového palivového článku je umístěna membrána (vede pouze protony), která odděluje komoru s anodou a komoru s katodou. Vodík vstupuje do anodové komory a kyslík vstupuje do katodové komory. Každá elektroda je předem potažena vrstvou katalyzátoru, kterou je často platina. Při jeho vystavení začne molekulární vodík ztrácet elektrony.
Zároveň protony procházejí membránou ke katodě a vlivem stejného katalyzátoru se spojují s elektrony přicházejícími zvenčí. V důsledku reakce se vytvoří voda a elektrony z anodové komory se přesunou do elektrického obvodu připojeného k motoru. Jednoduše řečeno, dostaneme elektřina která pohání motor.
Vodíkové motory na bázi palivových článků se v současnosti používají ve vozidlech Niva vybavených elektrárnou Antel-1 a vozidlech Lada 111 s jednotkou Antel-2, které byly vyvinuty inženýry Uralu. V prvním případě stačí jedno nabití na 200 km a ve druhém - na 350 km.
Je třeba poznamenat, že vzhledem k vysokým nákladům na kovy (palladium a platina), které jsou součástí konstrukce takových vodíkových motorů, podobné instalace mají velmi vysoké náklady, což výrazně zvyšuje cenu vozidla, na kterém jsou instalovány.
Víš?Specialisté Toyota začal pracovat s technologií palivových článků před 20 lety. Tehdy projekt odstartoval. hybridní auto Prius.
Vodíkové spalovací motory
Tento typ elektrárny je velmi podobný dnes běžným propanovým motorům, takže pro přechod z propanu na vodíkové palivo stačí motor jednoduše překonfigurovat. Příkladů takového přechodu je již mnoho, je však třeba říci, že v tomto případě bude účinnost poněkud nižší než při použití palivových článků. K získání 1 kW vodíkové energie je zároveň potřeba méně vodíkové energie, což tuto nevýhodu plně kompenzuje.
Použití této látky v běžném spalovacím motoru způsobí celá řada problémy. Za prvé, teplo komprese „donutí“ vodík reagovat s kovovými částmi motoru nebo dokonce motorový olej. Za druhé, i malá netěsnost při kontaktu s horkým výfukovým potrubím určitě způsobí požár.
Pouze z tohoto důvodu pohonné jednotky rotační typ, protože jejich konstrukce snižuje riziko požáru kvůli vzdálenosti mezi sacím a výfukovým potrubím. V každém případě jsou všechny problémy zatím překonány, což nám umožňuje považovat vodík za docela perspektivní palivo.
Dobrým příkladem vozidla na vodíkový pohon by byl experiment bmw sedan 750hL, jehož koncept byl představen již na počátku 21. století. Vůz je vybaven dvanáctiválcovým motorem, který běží na raketové palivo a umožňuje zrychlit vůz na 140 km/h. Vodík v kapalné formě je uložen ve speciální nádrži a jedna zásoba vystačí na 300 kilometrů. Pokud je zcela spotřebován, systém se automaticky přepne na benzínový pohon.
Vodíkový motor na dnešním trhu
Nedávné výzkumy vědců v oblasti provozu vodíkových motorů ukázaly, že jsou nejen velmi šetrné k životnímu prostředí (jako elektromotory), ale mohou být velmi výkonné. Navíc tím technické ukazatele vodík elektrárny obejít jejich elektrické protějšky, což se již osvědčilo (například Honda Clarity).
Taky Je třeba poznamenat, že na rozdíl od systémů Tesla Powerwall mají vodíkové analogy jeden značná nevýhoda:
již nebude možné nabíjet baterii pomocí solární energie, ale místo toho budete muset hledat speciální čerpací stanici, kterých dnes ani v celosvětovém měřítku není tolik.
Nyní byla Honda Clarity vydána v poměrně omezené dávce a auto si můžete koupit pouze v zemi vycházejícího slunce, protože vozidlo se v Evropě a Americe objeví až na konci roku 2016.
Zajímavé vědět!Generátor Power Exporter 9000 (může být součástí kompletní sada Honda Clarity) je schopen napájet všechny domácí spotřebiče téměř celý týden.
Také v naší době se vyrábí další vozidla využívající vodíkové palivo. Patří mezi ně Mazda RX-8 vodík a BMW Hydrogen 7 (hybridy na kapalný vodík a benzín), stejně jako autobusy Ford E-450 a MAN Lion City Bus.
Mezi auta nejvýraznějšími představiteli vodíkových vozidel jsou dnes automobily Mercedes-Benz GLC F buňka(je zde možnost dobíjení z běžné domácí sítě a celková rezerva chodu je cca 500 km), Toyota Mirai(funguje pouze na vodík a jedno natankování by mělo stačit na 650 km jízdy) a Honda FCX Clarity(deklarovaná rezerva chodu dosahuje 700 km). To ale není vše, protože vozidla na vodíkový pohon vyrábí i jiné společnosti, například Hyundai (Tucson FCEV).
Výhody a nevýhody vodíkových motorů
Se všemi jeho výhodami nelze říci, že by doprava vodíku postrádala určité nevýhody. Zejména je třeba chápat, že hořlavá forma vodíku při teplotě místnosti a normálním tlaku je ve formě plynu, což způsobuje určité potíže při skladování a přepravě takového paliva. To znamená, že existuje vážný problém navrhování bezpečných nádrží na vodík používaný jako palivo pro automobily.
Láhve obsahující tuto látku navíc vyžadují pravidelnou kontrolu a certifikaci, kterou může provádět pouze kvalifikovaný a licencovaný personál. K těmto problémům se také sluší přidat vysoké náklady na údržbu vodíkového motoru, nemluvě o velmi omezeném počtu čerpacích stanic(alespoň u nás).
Nezapomeňte, že vodíková elektrárna zvyšuje hmotnost vozu, což může způsobit, že nebude tak ovladatelné, jak byste si přáli. Vzhledem ke všemu výše uvedenému si proto dobře rozmyslete: vyplatí se kupovat vodíkové vozidlo, nebo je lepší s ním zatím počkat.
Je však třeba říci, že takové řešení má mnoho výhod. Za prvé, vaše auto nebude znečišťovat životní prostředí toxický výfukové plyny, Za druhé, masová produkce vodík by mohl pomoci vyřešit problém kolísání cen paliv a přerušení dodávek kapalin pro konvenční paliva.
V mnoha zemích jsou navíc již vybudovány potrubní sítě pro metan a není těžké je přizpůsobit pro čerpání vodíku s následnou dodávkou na čerpací stanice. Vodík lze vyrábět jak v malém měřítku, to znamená na místní úrovni a masivně - ve velkých centralizovaných podnicích. Růst produkce vodíku poslouží jako dodatečná pobídka ke zvýšení dodávek této látky pro domácí účely (například pro vytápění domácností a kanceláří).
Přihlaste se k odběru našich kanálů
