صنعت خودروسازی مدرن با تاکید بر تولید خودروهای سازگار با محیط زیست در حال توسعه است. این به دلیل مبارزه جهانی برای پاکیزگی است. هوای جویبا کاهش انتشار دی اکسید کربن. افزایش مداوم قیمت بنزین همچنین تولیدکنندگان را مجبور می کند به دنبال منابع انرژی دیگر باشند. بسیاری از نگرانی‌های پیشرو در خودروسازی به تدریج به سمت تولید انبوه خودروهایی با سوخت جایگزین می‌روند که در آینده نزدیک منجر به ظهور در جاده‌های جهان خواهد شد. مقدار کافینه تنها خودروهای برقی، بلکه خودروهایی با موتورهای سوخت هیدروژنی.
ماشین های هیدروژنی چگونه کار می کنند
خودرویی که با هیدروژن کار می کند برای کاهش انتشار دی اکسید کربن در اتمسفر و همچنین سایر ناخالصی های مضر طراحی شده است. استفاده از هیدروژن برای به حرکت درآوردن یک وسیله نقلیه چرخدار به دو روش مختلف امکان پذیر است:
- استفاده از موتور احتراق داخلی هیدروژنی (HICE)؛
- نصب و راه اندازی یک واحد الکتریکی قدرت با سلول های هیدروژنی (HE).
موتورهای احتراقی در هوا مشابه موتورهایی هستند که امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند و سوخت آنها پروپان است. پیکربندی مجدد این مدل موتور برای کار با هیدروژن راحت‌تر است. اصل کارکرد آن مانند موتور بنزینی است، فقط هیدروژن مایع به جای بنزین وارد محفظه احتراق می شود. خودرویی با منبع انرژی تجدیدپذیر در واقع یک خودروی الکتریکی است. هیدروژن در اینجا فقط به عنوان ماده خام برای تولید الکتریسیته لازم برای تامین انرژی یک موتور الکتریکی عمل می کند.
عنصر هیدروژن از بخش های زیر تشکیل شده است:
- مسکن؛
- غشایی که فقط به پروتون ها اجازه عبور می دهد - ظرف را به دو قسمت تقسیم می کند: آند و کاتد.
- آند پوشش داده شده با کاتالیزور (پالادیوم یا پلاتین)؛
- کاتد با همان کاتالیزور
اصل عملکرد VE بر اساس یک واکنش فیزیکی و شیمیایی است که شامل موارد زیر است:
بنابراین، هنگامی که خودرو حرکت می کند، دی اکسید کربن منتشر نمی شود، بلکه فقط بخار آب، برق و اکسید نیتروژن منتشر می شود.
ویژگی های اصلی خودروهای هیدروژنی
بازیگران اصلی در بازار خودرو در حال حاضر نمونه های اولیه محصولات خود را دارند که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می کنند. در حال حاضر می توان به طور قطع مشخصات فنی فردی چنین ماشین هایی را شناسایی کرد:
- حداکثر سرعت تا 140 کیلومتر در ساعت؛
- میانگین مسافت پیموده شده از یک سوخت گیری 300 کیلومتر است (برخی از تولید کنندگان، به عنوان مثال، تویوتا یا هوندا، دو برابر این رقم را ادعا می کنند - به ترتیب 650 یا 700 کیلومتر، تنها با هیدروژن).
- شتاب صفر تا 100 کیلومتر در ساعت 9 ثانیه؛
- قدرت نیروگاه تا 153 اسب بخار.
این خودرو می تواند تا 179 کیلومتر در ساعت شتاب بگیرد و خودرو در 9.6 ثانیه به سرعت 100 کیلومتر در ساعت می رسد و از همه مهمتر می تواند 482 کیلومتر را بدون سوخت گیری اضافی طی کند. پارامترهای کاملاً خوب حتی برای موتورهای بنزینی. هنوز تغییری به سمت موتورهای احتراقی در هوا با استفاده از وسایل نقلیه مایع H2 یا RE صورت نگرفته است و مشخص نیست که کدام یک از این نوع موتورها بهترین ویژگی های فنی و شاخص های اقتصادی را به دست خواهند آورد. اما امروزه مدل‌های بیشتری از ماشین‌های الکتریکی با انرژی‌های تجدیدپذیر تولید شده‌اند که کارایی بیشتری را ارائه می‌کنند. اگرچه مصرف هیدروژن برای تولید 1 کیلووات انرژی در موتورهای احتراق داخلی کمتر است.
علاوه بر این، مقاوم سازی یک موتور احتراق داخلی برای هیدروژن برای افزایش کارایی نیاز به تغییر سیستم احتراق نصب دارد. مشکل سوختن سریع پیستون ها و سوپاپ ها به دلیل دمای بالاتر احتراق هیدروژن هنوز حل نشده است. همه چیز در اینجا با توسعه بیشتر هر دو فناوری و همچنین پویایی قیمت در طول انتقال به تولید انبوه تعیین می شود.
مزایا و معایب خودروهایی که با هیدروژن کار می کنند
از جمله مزایای اصلی خودروهای هیدروژنی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- دوستی با محیط زیست بالا، شامل عدم وجود بیشتر مواد مضر در اگزوز، مشخصه عملکرد موتور بنزینی - دی اکسید کربن و مونوکسید کربن، اکسیدها و دی اکسیدهای گوگرد، آلدئیدها، هیدروکربن های معطر.
- راندمان بالاتر در مقایسه با خودروهای بنزینی؛
به طور کلی، این خودرو جاه طلبی هایی برای تسخیر تمام جهان دارد - سطح سر و صدای کمتر از عملکرد موتور؛
- فقدان سیستم های تامین سوخت و خنک کننده پیچیده و غیر قابل اعتماد؛
- امکان استفاده از دو نوع سوخت
علاوه بر این، خودروهایی که با موتور ورودی هوا کار می کنند، علی رغم نیاز به نصب سیلندر سوخت، وزن کمتر و حجم مفیدتری دارند.
معایب خودروهای هیدروژنی عبارتند از:
- حجیم بودن نیروگاه هنگام استفاده از پیل های سوختی که مانورپذیری وسیله نقلیه را کاهش می دهد.
- هزینه بالای خود عناصر هیدروژنی به دلیل پالادیوم یا پلاتین موجود در آنها.
- طراحی ناقص و عدم قطعیت در مواد مورد استفاده برای ساخت مخازن سوخت هیدروژن؛
- عدم وجود فناوری ذخیره سازی هیدروژن؛
- کمبود ایستگاه های سوخت هیدروژن که زیرساخت های آن در سراسر جهان بسیار ضعیف توسعه یافته است.
با این حال، با انتقال به تولید انبوه خودروهای مجهز به هیدروژن نیروگاه ها، قطعا اکثر این کاستی ها برطرف خواهد شد.
کدام خودروهای هیدروژنی در حال حاضر در حال تولید هستند؟
تولید ماشین آلات در سوخت هیدروژنیشرکت های خودروسازی مطرح جهان مانند BMW، مزدا، مرسدس بنز، هوندا، MAN و تویوتا، دایملر AG و جنرال موتورز به این فعالیت مشغول هستند. در میان مدل‌های آزمایشی و برخی از تولیدکنندگان در حال حاضر نمونه‌هایی در مقیاس کوچک دارند، خودروهایی وجود دارند که فقط با هیدروژن یا با قابلیت استفاده از دو نوع سوخت، به اصطلاح هیبریدی، کار می‌کنند.
مدل های زیر از خودروهای هیدروژنی در حال حاضر تولید می شوند:
- فورد فوکوس FCV;
- هیدروژن مزدا RX-8;
- مرسدس بنز کلاس A;
- هوندا FCX;
- تویوتا میرای;
- اتوبوس MAN Lion اتوبوس شهریو فورد E-450;
- خودروی هیبریدی دوگانه سوز BMW Hydrogen 7.
امروزه به طور قطع می توان گفت که با وجود مشکلات موجود (چیزهای جدید همیشه به سختی راه خود را پیدا می کنند)، آینده متعلق به خودروهای دوستدار محیط زیست است. خودروهایی که با سوخت هیدروژنی کار می کنند، رقابت شایسته ای را برای خودروهای الکتریکی ایجاد می کنند.
محبوبیت خودروهای الکتریکی اخیراً خودروها را تا حدودی به پس‌زمینه سوق داده است. سلول های سوختی. با این حال، هیدروژن در حال آماده شدن برای پیشبرد مبارزه با برق است و امروز ما به چشم انداز این عنصر در آینده انرژی این سیاره نگاه می کنیم. هیدروژن ساده ترین و فراوان ترین عنصر شیمیایی در جهان است که 74 درصد از کل مواد شناخته شده را تشکیل می دهد. این هیدروژنی است که توسط ستارگان، از جمله خورشید، برای آزاد کردن مقادیر زیادی انرژی در نتیجه واکنش های گرما هسته ای استفاده می شود.
با وجود سادگی و فراوانی، هیدروژن به صورت آزاد در زمین یافت نمی شود. به دلیل وزن سبکی که دارد، یا به لایه های بالایی جو می رسد یا با عناصر شیمیایی دیگر مانند اکسیژن ترکیب می شود و آب را تشکیل می دهد.
علاقه به هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی جایگزین در دهه های اخیر توسط دو عامل هدایت شده است. اولاً آلودگی محیط زیست با سوخت های فسیلی که منبع اصلی انرژی در این مرحله از توسعه تمدن است. و دوم اینکه ذخایر سوخت فسیلی محدود است و به گفته کارشناسان حدود شصت سال دیگر تمام خواهد شد.
هیدروژن و همچنین برخی از جایگزین های دیگر، راه حلی برای مشکلات فوق است. استفاده از هیدروژن باعث آلودگی صفر می شود زیرا محصولات جانبی انرژی فقط گرما و آب هستند که می توانند برای مقاصد دیگر مورد استفاده مجدد قرار گیرند. با توجه به اینکه 74 درصد ماده کیهان را تشکیل می دهد، ذخایر هیدروژن نیز بسیار دشوار است و در زمین بخشی از آب است که دو سوم سطح سیاره را می پوشاند.
تولید هیدروژن
بر خلاف منابع انرژی فسیلی (نفت، زغال سنگ، گازهای طبیعی)، هیدروژن یک منبع انرژی آماده برای استفاده نیست، بلکه یک حامل محسوب می شود. یعنی نمی توان هیدروژن را به شکل خالص مانند زغال سنگ گرفت و از آن برای تولید انرژی استفاده کرد؛ ابتدا باید مقداری انرژی صرف کرد تا هیدروژن خالص مناسب برای استفاده در پیل های سوختی به دست آید.
بنابراین نمی توان هیدروژن را با منابع انرژی فسیلی و قیاس صحیح تری با باتری ها مقایسه کرد که ابتدا باید شارژ شوند. درست است، باتری‌ها پس از تخلیه از کار می‌افتند و سلول‌های هیدروژنی می‌توانند انرژی تولید کنند تا زمانی که سوخت (هیدروژن) داشته باشند.
رایج ترین و ارزان ترین روش برای تولید هیدروژن، رفرمینگ با بخار است که در آن از هیدروکربن ها (مواد منحصراً از کربن و هیدروژن) استفاده می شود. در طی واکنش آب و متان (CH4) در دمای بالا، مقادیر زیادی هیدروژن آزاد می شود. عیب روش این است که محصول جانبی واکنش دی اکسید کربن است که به همان روشی که هنگام سوزاندن سوخت های فسیلی وارد اتمسفر می شود، که بر این اساس باعث کاهش انتشار نمی شود. گازهای گلخانه ایبا وجود استفاده از منبع انرژی جایگزین..
همچنین امکان استفاده مستقیم از برخی گازهای طبیعی به طور مستقیم در پیل های سوختی هیدروژنی به عنوان جایگزین وجود دارد. این به شما امکان می دهد از هدر رفتن انرژی در تولید هیدروژن از گاز جلوگیری کنید. هزینه چنین پیل‌های سوختی کمتر خواهد بود، اما هنگام کار با گاز طبیعی، گازهای گلخانه‌ای و سایر عناصر سمی نیز در اتمسفر آزاد می‌شوند که این گازها را جایگزین کامل هیدروژن نمی‌کند.
هیدروژن همچنین می تواند از طریق الکترولیز تولید شود. هنگامی که جریان الکتریکی از آب عبور می کند، به عناصر شیمیایی تشکیل دهنده آن تقسیم می شود و در نتیجه هیدروژن و اکسیژن تولید می شود.
علاوه بر روش های معمول، روش های جایگزین برای تولید هیدروژن در حال حاضر به دقت مورد مطالعه قرار می گیرند. به عنوان مثال، در حضور نور خورشید، محصول زائد برخی از جلبک ها و باکتری ها نیز می تواند هیدروژن باشد. برخی از این باکتری ها می توانند هیدروژن را مستقیماً از زباله های خانگی تولید کنند. با وجود نسبتا راندمان پاییناین روش، توانایی بازیافت ضایعات، آن را کاملا امیدوارکننده می کند، به ویژه با توجه به این که کارایی فرآیند به طور مداوم در نتیجه ایجاد انواع جدیدی از باکتری ها در حال افزایش است.
اخیراً روش امیدوارکننده دیگری برای تولید هیدروژن با استفاده از آمونیاک (NH3) در افق ظاهر شده است. وقتی این ماده شیمیایی به اجزای خود تجزیه می شود، نتیجه یک قسمت نیتروژن و سه قسمت هیدروژن است. بهترین کاتالیزور برای چنین واکنش هایی فلزات کمیاب گران قیمت هستند. در روش جدید به جای یک کاتالیزور کمیاب از دو ماده موجود و ارزان قیمت سودا و آمید استفاده می شود. علاوه بر این، راندمان فرآیند با کارآمدترین کاتالیزورهای گران قیمت قابل مقایسه است.
این روش علاوه بر هزینه کم، به این دلیل نیز قابل توجه است که ذخیره و حمل و نقل آمونیاک در مقایسه با هیدروژن آسان تر است. و در زمان مناسب، هیدروژن را می توان از آمونیاک به سادگی با شروع یک واکنش شیمیایی به دست آورد. بر اساس پیش‌بینی‌های هنوز تأیید نشده، استفاده از آمونیاک امکان ایجاد راکتوری با حجمی بیش از یک بطری 2 لیتری را فراهم می‌کند که برای تولید هیدروژن از آمونیاک در مقادیر کافی برای استفاده توسط یک ماشین با اندازه معمولی کافی است.
آمونیاک روی این لحظهدر مقادیر زیادی حمل می شود و به طور گسترده به عنوان کود استفاده می شود. این ماده شیمیایی است که باعث می شود تقریبا نیمی از غذا روی زمین رشد کند و ممکن است در آینده به یکی از مهم ترین منابع انرژی برای بشریت تبدیل شود.
زمینه های کاربردی
پیل‌های سوختی هیدروژنی را می‌توان تقریباً در هر شکلی از حمل و نقل، در منابع انرژی ثابت برای خانه‌ها، و در دستگاه‌های کوچک قابل حمل، گاهی اوقات دستی، برای تولید برق مورد استفاده سایر دستگاه‌های تلفن همراه استفاده کرد.
در دهه 70 قرن گذشته، ناسا شروع به استفاده از هیدروژن برای پرتاب موشک ها و شاتل های فضایی به مدار زمین کرد. هیدروژن بعداً برای تولید برق در شاتل ها و همچنین آب و گرما به عنوان محصولات جانبی واکنش استفاده می شود.
در حال حاضر، بیشترین تلاش ها برای ترویج هیدروژن به عنوان سوخت در صنعت خودرو است.
مقایسه خودروهای هیدروژنی و الکتریکی
در سطح رایج، هیدروژن هنوز به عنوان یک عنصر شیمیایی خطرناک در نظر گرفته می شود. این شهرت پس از سقوط کشتی هوایی هندنبورگ در سال 1937 تثبیت شد. با این حال، اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده (EIA) معتقد است که وقتی صحبت از انفجارهای ناخواسته می شود، این عنصر حداقل به اندازه بنزین ایمن است.
در حال حاضر، بدیهی است که تا زمانی که انقلاب تکنولوژیکی دیگری رخ ندهد، خودروهای آینده نزدیک عمدتاً یا الکتریکی یا هیدروژنی یا هیبریدی این دو فناوری و خودروهای بنزینی خواهند بود.
هر یک از گزینه های توسعه برای صنعت خودرو دارای مزایا و معایب خاص خود است. ساخت پمپ بنزین برای سوخت هیدروژن بر اساس پمپ بنزین های فعلی بسیار ساده تر است، که نمی توان در مورد زیرساخت های "شارژ" الکتریکی وسایل نقلیه گفت.
به یک معنا، تقسیم به هیدروژن و ماشین های برقیمصنوعی است زیرا در هر دو مورد ماشین برای حرکت از برق استفاده می کند. فقط در خودروهای الکتریکی به شکلی آشناتر مستقیماً در باتری‌ها ذخیره می‌شود و در سلول‌های سوختی ماده‌ای که در نتیجه یک واکنش، انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند، می‌توان در هر زمان اضافه کرد.
پر کردن مجدد با هیدروژن از نظر زمانی با سوخت گیری با بنزین قابل مقایسه است و چندین دقیقه طول می کشد، اما شارژ کامل باتری های الکتریکی در حال حاضر انجام می شود. بهترین سناریودر 20-40 دقیقه تولید می شود. از سوی دیگر، خودروهای برقی این مزیت را دارند که می‌توانند مستقیماً در خانه به پریز وصل شوند و اگر این کار را در شب انجام دهید، می‌توانید در تعرفه برق صرفه‌جویی کنید.
دوستی با محیط زیست
از آنجایی که نه الکتریسیته و نه هیدروژن منابع طبیعی انرژی نیستند، برخلاف سوخت های فسیلی، برای تولید آنها باید انرژی صرف شود. منبع این انرژی به عاملی تعیین کننده در دوستی محیط زیست خودروهای هیدروژنی و الکتریکی تبدیل می شود.
برای تولید هیدروژن به گرما یا جریان الکتریکی نیاز است که در مناطق گرم و آفتابی سیاره می توان با جمع آوری آن را به دست آورد. انرژی خورشیدی. در کشورهای سردسیری مانند اسکاندیناوی، در حال حاضر تاکید بر منبع مناسب تری از انرژی سبز برای این اقلیم، مزارع بادی است که می توانند به همین راحتی در تولید هیدروژن از طریق الکترولیز شرکت کنند. قابل توجه است که هیدروژن در این مورد نیز می تواند برای ذخیره انرژی استفاده نشده به عنوان مثال در هنگام تولید در شب استفاده شود.
با توجه به مرحله اجباری تولید هیدروژن و الکتریسیته، سطح انتشار صفر چنین خودروهایی بستگی به نحوه به دست آوردن انرژی اولیه دارد. به همین دلیل است که برابری بین هر دو نوع خودرو حفظ می شود و هیچ کدام را نمی توان بیشتر در نظر گرفت محصول محیطیجنبش.
با مقایسه سطوح سر و صدای این روش های حمل و نقل می توان یک قرعه کشی ایجاد کرد. برخلاف موتورهای سنتی، موتورهای جدید بسیار کم صداتر هستند.
در این راستا، می توان قانون معروف پرچم قرمز را به یاد آورد که ظاهر اولین اتومبیل ها را در قرن 19 تنظیم می کند. طبق سخت گیرانه ترین اشکال این قانون، وسیله نقلیه بدون اسب نمی تواند در داخل شهر با سرعت بیش از 3.2 کیلومتر در ساعت حرکت کند. در عین حال، با پیش بینی حرکت ماشین چند دقیقه قبل از ظهور آن، شخصی با پرچم قرمز باید در طول جاده قدم می زد و ظاهر حمل و نقل را هشدار می داد.
قانون پرچم سرخ به این دلیل تصویب شد که خودروهای جدید در مقایسه با کالسکه ها نسبتاً بی صدا بودند و حداقل به گفته قضات وقت می توانستند باعث تصادف و صدمات شوند. مشکلی که اگرچه اغراق شده است، اما هنوز پس از گذشت یک قرن و نیم می توان شاهد قوانین مشابه جدیدی در رابطه با بی صدا بودن انواع جدید موتورها بود. بعید است که خودروهای الکتریکی و خودروهای پیل سوختی بلندتر از اولین وسایل نقلیه باشند، اما سرعت آنها در مناطق شهری اکنون به وضوح بالاتر از 3 کیلومتر است که آنها را برای عابران پیاده خطرناک می کند. در همان فرمول 1 آنها اکنون به تقویت صدای موتورها با استفاده از صداگذاری مصنوعی فکر می کنند. اما اگر در مسابقات اتومبیلرانی این کار برای افزایش سرگرمی انجام شود، در اتومبیل های جدید ظاهر یک منبع صدای مصنوعی می تواند به یک نیاز ایمنی تبدیل شود.
دماهای منفی
خودروهای پیل سوختی مانند خودروهای معمولی هستند ماشین های بنزینی، مشکلات خاصی را در سرما تجربه کنید. خود باتری ها ممکن است حاوی مقدار کمی آب باشند که در دمای زیر صفر یخ می زند و باتری ها را از کار می اندازد. پس از گرم شدن، باتری ها به طور معمول کار می کنند، اما در ابتدا، بدون گرمایش خارجی، یا روشن نمی شوند یا برای مدتی با کاهش قدرت کار می کنند.
محدوده سفر
فاصله حرکت مدرن ماشین های هیدروژنیتقریباً 500 کیلومتر است که به طور قابل توجهی بیشتر از اتومبیل های برقی معمولی است که اغلب می توانند فقط 150-200 کیلومتر را طی کنند. وضعیت پس از ظهور تسلا مدل S تغییر کرد، اما حتی این خودروی الکتریکی نیز قادر است مسافتی بیش از 430 کیلومتر را بدون شارژ مجدد طی کند.
چنین ارقامی با توجه به کارایی انواع موتورهای مربوطه کاملاً غیرمنتظره هستند. برای موتورهای احتراق داخلی بنزینی معمولی، راندمان تقریباً 15٪ است. راندمان خودروهای پیل سوختی 50 درصد است. راندمان خودروهای برقی 80 درصد است. در حال حاضر، جنرال الکتریک در حال کار بر روی پیل‌های سوختی با راندمان 65 درصدی است و ادعا می‌کند که راندمان آنها می‌تواند تا 95 درصد افزایش یابد که امکان ذخیره تا 10 مگاوات انرژی الکتریکی (پس از تبدیل) را در یک عنصر فراهم می‌کند.
وزن باتری و سوخت
با این حال نقطه ضعفخودروهای برقی خود باتری هستند. به عنوان مثال، در تسلا مدل S وزن آن 550 کیلوگرم است و وزن کل خودرو 2100 کیلوگرم است که چند صد کیلوگرم بیشتر از وزن یک خودروی هیدروژنی مشابه است. علاوه بر این، وزن این باتری با طی شدن مسافت کاهش نمی یابد، در حالی که سوخت تخلیه شده در بنزین و ماشین هیدروژنی x به تدریج خودرو را سبک تر می کند.
عناصر هیدروژنی نیز از نظر ذخیره انرژی در واحد جرم سود می برند. از نظر چگالی انرژی در واحد حجم، هیدروژن چندان خوب نیست. در شرایط عادی، این گاز تنها یک سوم انرژی متان را در همان حجم دارد. به طور طبیعی، هیدروژن در طول حمل و نقل و در داخل باتری های سوخت به صورت مایع یا فشرده ذخیره می شود. اما حتی در این مورد، مقدار انرژی (مگاژول) در یک لیتر کمتر از بنزین است.
قدرت هیدروژن زمانی پدیدار می شود که انرژی در واحد وزن محاسبه شود. در این مورد، در حال حاضر سه برابر بیشتر از بنزین است (143 MJ/kg در مقابل 47 MJ/kg). هیدروژن نیز در این شاخص بر باتری های الکتریکی پیروز می شود. برای همان وزن، هیدروژن دو برابر یک باتری الکتریکی ذخیره انرژی دارد.
ذخیره سازی و حمل و نقل
مشکلات خاصی در هنگام ذخیره سازی هیدروژن ایجاد می شود. موثرترین شکل برای انتقال و ذخیره این عنصر شیمیایی حالت مایع است. با این حال، انتقال گاز به شکل مایع تنها در دمای 253- درجه سانتیگراد امکان پذیر است که نیاز به ظروف ویژه، تجهیزات و هزینه های مالی قابل توجهی دارد.
2015
تویوتا، هیوندای، هوندا و دیگر خودروسازان سال‌هاست که سرمایه‌گذاری زیادی در تحقیقات روی سلول‌های سوختی هیدروژنی انجام داده‌اند و در سال 2015 قرار است اولین خودروهایی را معرفی کنند که هزینه و عملکرد آنها را به جایگزینی برای سایر روش‌های حمل‌ونقل تبدیل می‌کند. خودروی پیل سوختی در سال 2015 باید یک سدان 4 در سایز متوسط با قابلیت طی کردن حداقل 500 کیلومتر بدون سوخت گیری باشد که بیش از پنج دقیقه دوام نخواهد آورد. هزینه چنین خودرویی باید بین 50 هزار دلار تا 100 هزار دلار باشد، بنابراین هزینه خودروهای هیدروژنی در عرض یک دهه به میزانی کاهش یافته است.
همانطور که از لیست خودروسازان مشخص است، ژاپن به یکی از مراکز توسعه خودروهای هیدروژنی تبدیل خواهد شد. جالب است که یکی از بازارهای اصلی این خودروها، سرزمینی خواهد بود که با فاصله بسیار بیشتری نسبت به بازار آسیایی نزدیک از ژاپن جدا شده است.
کالیفرنیا از دیرباز به عنوان یکی از مترقی ترین مکان های سیاره زمین شهرت داشته است. اینجاست که قانون اغلب چراغ سبز نشان می دهد آخرین فن آوری هاو اختراعات ترویج خودروهای سوخت جایگزین نیز از این قاعده مستثنی نبود.
مطابق با قانون مصوب O وسايل نقليهبا آلایندگی صفر (ZEV - وسیله نقلیه بدون آلایندگی) تا سال 2025، 15 درصد از کل خودروهای فروخته شده نباید تولید کنند انتشارات مضردر جو همراه با ده ایالت دیگر که قوانین مشابهی را تصویب کرده اند، باید تا سال 2025 تقریباً 3.3 میلیون ZEV در جاده های ایالات متحده وجود داشته باشد.
با وجود این واقعیت که آماده سازی برای راه اندازی جدید ماشین می آیددر نوسان کامل است، تولید کنندگان باید در مراحل اولیه با چالش های زیرساختی جدی روبرو شوند. تویوتا 200 میلیون دلار برای ساخت ایستگاه های سوخت گیری هیدروژن در کالیفرنیا متعهد شده است، اما این تنها برای ایجاد 20 نقطه سوخت گیری در سال آینده کافی خواهد بود. حتی بدون در نظر گرفتن هزینه های بالای ساخت و ساز، تعداد پمپ بنزین ها با سرعت نسبتاً کمی افزایش می یابد. در سال 2016 تعداد آنها 40 و در سال 2024 - 100 خواهد بود.
چنین دوره ساخت و ساز اندازه گیری شده را می توان به راحتی با این واقعیت توضیح داد که انجام حتی یک انقلاب کوچک تکنولوژیکی در یک سال تقریباً غیرممکن است. سال 2015 در تقویم به عنوان سال آغاز توسعه صنعت خودروهای هیدروژنی مشخص شده است، اما خودروهای سلول سوختی به احتمال زیاد تنها با ظهور نسل دوم مدل های ارزان تر و قابل اعتمادتر، قادر به رقابت با رقبای خود خواهند بود. که تا سال 2020 پیش بینی می شود و در جاده ها با شبکه کمتر توسعه یافته ایستگاه های سوخت رسانی ظاهر می شوند.
با وجود فراوانی نام های ژاپنی در میان تولیدکنندگان خودروهای هیدروژنی، علاقه به این نوع حمل و نقل در قاره های دیگر وجود دارد. در میان تولید کنندگان معروفموارد زیر طرح های هیدروژنی دارند: جنرال الکتریک، دیاملر، جنرال موتورز، مرسدس بنز، نیسان، فولکس واگن.
نتایج
همانطور که اغلب اتفاق می افتد، جهان سیاه و سفید نیست و هیدروژن تنها منبع انرژی در آینده نخواهد بود. این عنصر همراه با سایر منابع انرژی جایگزین، بخشی از راه حل مشکل آلودگی محیط زیست و از بین رفتن منابع طبیعی خواهد بود. چشم انداز این نوع خودروهای سوختی و هیدروژنی در سال 2015 با ظهور اولین خودروهای تولید انبوه در جاده ها روشن تر خواهد شد. ما به احتمال زیاد متوجه خواهیم شد که آنها تا چه حد می توانند با خودروهای الکتریکی در سال 2020 رقابت کنند پیشرفتهای بعدیفناوری ها و ظهور نسل دوم خودروهای سوختی.
ما در قرن بیست و یکم زندگی می کنیم، زمان ایجاد سوخت آینده فرا رسیده است که جایگزین سوخت سنتی خواهد شد و وابستگی ما به آن را از بین می برد. امروزه سوخت های فسیلی منبع اصلی انرژی ما هستند.
در طول 150 سال گذشته، میزان دی اکسید کربن در جو 25٪ افزایش یافته است. سوزاندن هیدروکربن ها باعث آلودگی هایی مانند مه دود، باران اسیدی و آلودگی هوا می شود.
سوخت آینده چگونه خواهد بود؟
هیدروژن سوخت جایگزین آینده است
هیدروژن گازی بی رنگ و بی بو است که 75 درصد جرم کل کیهان را تشکیل می دهد. هیدروژن روی زمین تنها در ترکیب با عناصر دیگر مانند اکسیژن، کربن و نیتروژن وجود دارد.
برای استفاده از هیدروژن خالص باید از این عناصر دیگر جدا شود تا به عنوان سوخت مورد استفاده قرار گیرد.
انتقال به هیدروژن همه ماشین ها و همه پمپ بنزین هاکار آسانی نیست، اما در دراز مدت، تغییر به هیدروژن به عنوان سوخت جایگزین برای خودروها بسیار سودآور خواهد بود.
تبدیل آب به سوخت
فن آوری های سوخت آب از آب، نمک و یک آلیاژ فلزی بسیار ارزان استفاده می کنند. گاز حاصل از این فرآیند هیدروژن خالص است که بدون نیاز به اکسیژن خارجی به عنوان سوخت می سوزد - و هیچ آلاینده ای منتشر نمی کند.
از آب دریا می توان به طور مستقیم به عنوان سوخت اصلی استفاده کرد و در نتیجه نیاز به اضافه کردن نمک را از بین برد.
راه دیگری برای تبدیل آب به سوخت وجود دارد. به آن الکترولیز می گویند. این روش تبدیل آب به گاز براون است که سوخت بسیار خوبی برای موتورهای بنزینی فعلی است.
چرا گاز براون سوخت بهتری نسبت به هیدروژن خالص است؟
بیایید به هر سه نوع محلول سوخت هیدروژن - پیل های سوختی، هیدروژن خالص و گاز قهوه ای - نگاه کنیم و ببینیم که آنها چگونه در رابطه با اکسیژن و مصرف آن کار می کنند:
سلول های سوختی:در این روش از اکسیژن جو استفاده می شود در حالی که هیدروژن را در پیل های سوختی کاملا می سوزاند. آنچه از آن بیرون می آید لوله اگزوز? اکسیژن و بخار آب! اما اکسیژن در اصل از جو می آمد، نه از سوخت.
و بنابراین، استفاده از سلول های سوختی مشکل را حل نمی کند: محیط زیست در حال حاضر مشکلات بزرگی را با محتوای اکسیژن در هوا تجربه می کند. ما در حال از دست دادن اکسیژن هستیم
هیدروژن:این سوخت عالی است، اگر نه برای یک "اما". ذخیره و توزیع هیدروژن نیاز به تجهیزات خاصی دارد و مخازن سوخت خودروها باید فشار بالای گاز هیدروژن مایع را تحمل کنند.
گاز قهوه ای:این بهترین سوخت برای راه اندازی تمام وسایل نقلیه ما است. هیدروژن خالص مستقیماً از آب می آید، یعنی یک جفت هیدروژن-اکسیژن، اما علاوه بر این، در یک موتور احتراق داخلی می سوزد و اکسیژن را در جو آزاد می کند: اکسیژن و بخار آب از لوله اگزوز وارد جو می شود.
بنابراین، با سوزاندن گاز براون به عنوان سوخت، امکان افزایش اکسیژن در هوا و در نتیجه افزایش محتوای اکسیژن در جو وجود دارد. این به حل یک مشکل زیست محیطی بسیار خطرناک کمک می کند.
گاز براون سوخت ایده آل آینده است
در مورد استفاده از آب به عنوان سوخت جایگزین برای خودروها، در مورد برنامه ریزی برای تبدیل موتورهای بنزینی به کار با آب معمولی، این فرضیه یک انقلاب جهانی در آگاهی مردم است.
اکنون فقط زمان است که همه بفهمند که آب بهترین سوخت برای حمل و نقل ما است. شخص یا افرادی که این دانش را به ما داده اند، باید از آنها به عنوان قهرمان یاد کنیم.
آنها کشته شدند، اختراعات آنها توسط افراد خصوصی خریداری شد تا اختراعات آنها عمومی نشود. اطلاعات مربوط به ماشین های روی آب بیش از 1-2 ساعت در اینترنت نبود ...
اما اکنون چیزی تغییر کرده است، ظاهراً قدرت ها تصمیم گرفته اند "اجازه دهید بازی ها شروع شوند"!
ماشین‌ها روی آب کار می‌کنند و ما مطمئناً این را می‌دانیم. کارکرد موتورهای بنزینی روی آب تا حد زیادی مانند سکوی پرشی است بهترین فناوری هانسبت به آنهایی که در حال حاضر وجود دارند و به سرعت جایگزین ایده رانندگی اتومبیل روی آب می شوند.
اما در حالی که شرکت های نفتی ایده ماشین روی آب را خفه می کنند، تسلط بر فناوری های بالاتر امکان پذیر نخواهد بود و استفاده از نفت ادامه خواهد داشت. این نظر عمومی دانشمندان است، این چیزی است که در تمام دنیا می گویند.
آیا استفاده از آب به عنوان سوخت می تواند زندگی روی زمین را تغییر دهد؟
آیا می دانستید که منبع آب زمین ساکن نیست؟ مقدار آب روی زمین هر روز در حال افزایش است.
کشف شده است که در چند سال اخیر روزانه مقادیر زیادی آب به شکل سیارک های آبی از فضا می رسد!
این سیارک‌های عظیم حاوی مگاتون‌های آب هستند که به محض ورود به جو فوقانی، بلافاصله تبخیر می‌شوند و در نهایت روی زمین می‌نشینند.
می‌توانید عکس‌های ناسا از این سیارک‌ها را در اولین کتاب دکتر ایموتو، پیام آب مشاهده کنید. «. اینکه چرا این سیارک‌های آبی به زمین نزدیک‌تر می‌شوند نه به سیارات دیگری مانند مریخ، هنوز یک راز باقی مانده است.
و آیا واقعاً همین الان اتفاق می افتد یا در طول تاریخ زمین اتفاق افتاده است. نکته دیگر این است که هیچ کس جواب را نمی داند.
یخچالهای در حال ذوب. علاوه بر این، سطح دریاها به دلیل ذوب شدن یخچال های طبیعی در حال افزایش است. در نتیجه گرم شدن آب و هوا، آب زیادی روی زمین شروع شده است.
من با دانشمندانی صحبت کرده ام که فکر می کنند اگر مقدار کمی آب در این مدت به نحوی استفاده شود - به عنوان مثال، برای راه اندازی ماشین آلات - واقعاً مفید خواهد بود.
کارکردن ماشین‌ها روی آب به پر کردن اکسیژن در جو کمک می‌کند: دلیل اصلی روی آوردن به آب به عنوان سوخت، مشکلات زیست‌محیطی کنونی ما است.
آنها به قدری بزرگ هستند که اگر کاری برای کاهش استفاده از سوخت های فسیلی انجام ندهیم، زمین ما نابود خواهد شد. و دیگر مهم نیست که این سیاره آب داشته باشد یا نه.
گاهی اوقات فردی برای سالم شدن چیزی را مصرف می کند که بالقوه خطرناک است. راه اندازی خودروها روی آب شبیه به این مفهوم است. اگر به استفاده از آب به عنوان سوخت برای مدت زمان زیاد ادامه دهیم، این می تواند بالقوه خطرناک باشد.
اما با در نظر گرفتن همه چیز، این راه حل بهترین راه حلی است که دولت ها در حال حاضر می توانند از عهده آن برآیند.
حتی دولت ها در حال آماده شدن برای راه اندازی خودروهای سلول سوختی هستند که سوخت آن هیدروژن است. و برای پیاده سازی این فناوری، مجبور نیستیم موتورهای خود را تغییر دهیم - منبع جایگزین سوخت ما ممکن است تنها منبع نباشد.
مشخص است که در دهه 30 قرن گذشته در اتحاد جماهیر شوروی در دانشگاه فنی عالی مسکو به نام N.E. Bauman، Soroko-Novitsky V.I. (رئیس بخش "موتورهای سبک" تا سال 1937) به همراه A.K. Kurenin تحصیل کردند. اثر افزودنی های هیدروژن به بنزینروی موتور ZIS-5. همچنین آثاری در مورد استفاده وجود دارد هیدروژن به عنوان سوخت، که در کشورمان توسط F.B. Perelman انجام شد. با این حال، استفاده عملی از هیدروژن به عنوان سوخت موتور در سال 1941 آغاز شد. در طول جنگ بزرگ میهنی در لنینگراد محاصره شده، ستوان تکنسین Shelishch B.I. از هیدروژن استفاده کنید، در بادکنک ها "سپری شده"، چگونه سوخت موتور برای موتورهای خودرو GAZ-AA.
شکل 1. پست دفاع هوایی جبهه لنینگراد جنگ جهانی دوم، مجهز به تاسیسات هیدروژنی
در شکل 1 در پس زمینه می توانید یک بالون هیدروژنی را ببینید که به زمین پایین آمده است، که از آن هیدروژن به مخزن گاز واقع در پیش زمینه پمپ می شود. از نگهدارنده گاز با هیدروژن "صرف شده"، سوخت گازی از طریق یک شیلنگ انعطاف پذیر به موتور احتراق داخلی خودرو GAZ-AA عرضه می شود. بالن های رگبار تا ارتفاع پنج کیلومتری بالا می رفتند و یک سیستم دفاع ضد هوایی قابل اعتماد برای شهر بودند و از بمباران هدفمند هواپیماهای دشمن جلوگیری می کردند. پایین آوردن بادکنک هایی که تا حدی نیروی بالابر خود را از دست داده اند، لازم بود تلاش زیاد. این عملیات با استفاده از یک وینچ مکانیکی نصب شده بر روی یک وسیله نقلیه GAZ-AA انجام شد. موتور احتراق داخلی وینچ را می چرخاند تا بادکنک ها را پایین بیاورد. در شرایط کمبود شدید بنزین، چندین صد پست پدافند هوایی با استفاده از وسایل نقلیه GAZ-AA که بر روی هیدروژن کار می کردند، به هیدروژن تبدیل شدند.
پس از جنگ در دهه هفتاد قرن گذشته، بریس ایزاکوویچ بارها به کنفرانس های علمی مختلف دعوت شد، جایی که در سخنرانی های خود به تفصیل درباره آن روزهای قهرمانانه دور صحبت کرد. یکی از این رویدادها مدرسه همه اتحادیه دانشمندان جوان و متخصصان انرژی و فناوری هیدروژن است که به ابتکار کمیته مرکزی کومسومول، کمیسیون آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی در مورد انرژی هیدروژن، موسسه انرژی اتمی I.V. Kurchatov و موسسه پلی تکنیک دونتسک که در سپتامبر 1979 شش ماه قبل از مرگ او برگزار شد. بوریس ایساکوویچ گزارش خود را با عنوان "هیدروژن به جای بنزین" در بخش "تکنولوژی استفاده از هیدروژن" در 9 سپتامبر ارائه کرد.
در دهه هفتاد، چندین سازمان تحقیقاتی در اتحاد جماهیر شوروی به شدت در مورد استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت کار کردند. شناخته شده ترین سازمان ها عبارتند از: موسسه تحقیقاتی مرکزی خودرو و موتور خودرو (NAMI)، موسسه مشکلات مهندسی مکانیک آکادمی علوم SSR اوکراین (IPMASH آکادمی علوم SSR اوکراین)، بخش مکانیک رسانه های ناهمگن آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی (SMNS AS of اتحاد جماهیر شوروی)، Plant-VTUZ در ZIL، و غیره. به ویژه، در NAMI، تحت رهبری Shatrov E.V.، از سال 1976، کار تحقیق و توسعه آغاز شد. برای ایجاد یک مینی‌بوس هیدروژنی RAF 22034 انجام شد. یک سیستم قدرت موتور ایجاد شد که به آن اجازه می‌دهد با هیدروژن کار کند. طیف کاملی از تست‌های جاده‌ای روی نیمکت و آزمایشگاه را پشت سر گذاشت.
شکل 2. از چپ به راست، Shatrov E.V.، Kuznetsov V.M.، Ramensky A.Yu.
در شکل 2 عکس از چپ به راست: Shatrov E.V. - مدیر علمی پروژه؛ Kuznetsov V.M. - رئیس گروه موتورهای هیدروژنی؛ Ramensky A. Yu یک دانشجوی کارشناسی ارشد در NAMI است که سهم قابل توجهی در سازماندهی و انجام تحقیق و توسعه برای ایجاد یک ماشین هیدروژنی داشته است. عکس‌های نیمکت‌های آزمایش برای آزمایش موتوری که با هیدروژن کار می‌کند و مینی‌بوس RAF 22034 که بر روی ترکیبات سوخت هیدروژن و بنزین هیدروژن (BVTK) کار می‌کند در شکل ارائه شده‌اند. 3 و 4.
شکل 3. محفظه موتور Bolksa شماره 20 برای آزمایش موتورهای احتراق داخلی بر روی هیدروژن بخش آزمایشگاههای موتور NAMI
شکل 4. مینی بوس هیدروژنی RAF (NAMI)
اولین نمونه اولیه یک مینی بوس در NAMI در دوره 1976-1979 ساخته شد (شکل 4). از سال 1979، NAMI آزمایشات آزمایشگاهی و جاده ای و عملیات آزمایشی خود را انجام داده است.
به موازات آن، کار بر روی ایجاد خودروهایی با نیروی هیدروژن در IPMASH AS اتحاد جماهیر شوروی اوکراین و SMNS AS اتحاد جماهیر شوروی و کارخانه Vtuz در ZIL انجام شد. با تشکر از موقعیت فعالآکادمیک V.V. Struminsky (شکل 5)، رئیس SMNS آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی، چندین مدل مینی بوس در بازی های المپیک تابستانی XXII در مسکو در سال 1980 استفاده شد.
شکل 5. از چپ به راست Legasov V. A., Semenenko K. N. Struminsky V. V.
به عنوان نهاد مادر وزارت صنعت خودرو NAMI اتحاد جماهیر شوروی با سازمانهای فوق همکاری داشت. نمونه ای از این همکاری تحقیقات مشترک با IPMash آکادمی علوم SSR اوکراین بود که مدیر آن در آن زمان عضو مسئول آکادمی علوم اوکراین SSR A.N. Podgorny بود.در زمینه استفاده از هیدروژن در خودروها ، باید به کار روسای بخش های برجسته مؤسسه توجه شود: Varshavsky I. L. ، Mishchenko A.I. ، Solovya V.V. و بسیاری دیگر (شکل 6).
شکل 6. کارمندان آکادمی علوم IPMASH SSR اوکراین، از چپ به راست A. N. Podgorny، I. L. Varshavsky، A. I. Mishchenko.
پیشرفتهای این موسسه برای ایجاد اتومبیل‌ها و لیفتراک‌هایی که بر روی BVTK با سیستم‌های ذخیره هیدروژن هیدرید فلز روی آن کار می‌کنند، به طور گسترده شناخته شده است.
یکی دیگر از نمونه های همکاری NAMI با موسسات تحقیقاتی برجسته کشور، ایجاد سیستم های ذخیره هیدروژن هیدرید فلز در خودروها بود. سه سازمان پیشرو در داخل کنسرسیوم برای ایجاد سیستم های ذخیره سازی هیدرید فلز همکاری کردند: موسسه انرژی اتمی I.V. Kurchatov، NAMI و M.V. Lomonosov دانشگاه دولتی مسکو. ابتکار ایجاد چنین کنسرسیومی متعلق به آکادمیسین V. A. Legasov بود. موسسه انرژی اتمی I. V. Kurchatov توسعه دهنده اصلی یک سیستم ذخیره هیدروژن هیدرید فلزی در یک ماشین بود. مدیر پروژه Yu. F. Chernilin بود، شرکت کنندگان فعال در کار A. N. Udovenko و A. Ya. Stolyarevsky بودند.
ترکیبات هیدرید فلز در مقادیر مورد نیاز توسط دانشگاه دولتی مسکو توسعه و تولید شد. M. V. Lomonosov. این کار تحت رهبری Semenenko K.N.، رئیس بخش شیمی و فیزیک فشار بالا انجام شد. در 21 نوامبر 1979، درخواست های شماره 263140 و 263141 در ثبت دولتی اختراعات اتحاد جماهیر شوروی با اولویت اختراع در 22 ژوئن 1978 ثبت شد. گواهینامه های حق چاپ برای آلیاژهای ذخیره هیدروژن A.S به شماره 722018 و شماره 722021 مورخ 21 نوامبر 1979 از اولین اختراعات در این زمینه در اتحاد جماهیر شوروی و جهان بودند.
این اختراعات ترکیبات جدیدی را پیشنهاد کردند که می توانست مقدار هیدروژن ذخیره شده را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. این امر با اصلاح ترکیب و کمیت اجزاء در آلیاژهای مبتنی بر تیتانیوم یا وانادیوم به دست آمد، چنین ترکیباتی امکان دستیابی به غلظت هیدروژن از 2.5 تا 4.0 درصد جرمی را فراهم کرد. تکامل هیدروژن از ترکیب بین فلزی در محدوده دمایی 250-400 درجه سانتیگراد انجام شد. این نتیجه هنوز هم عملا حداکثر دستاورد برای آلیاژهایی از این نوع است. دانشمندان از سازمان های علمی پیشرو اتحاد جماهیر شوروی که در توسعه مواد و دستگاه های مبتنی بر هیدریدهای آلیاژهای بین فلزی - دانشگاه دولتی مسکو - شرکت داشتند در توسعه آلیاژها شرکت کردند. M. V. Lomonosov (Semenenko K. N.، Verbetsky V. N.، Mitrokhin S. V.، Zontov V. S.)؛ NAMI (Shatrov E.V., Ramensky A.Yu.)؛ موسسه مهندسی مکانیک آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی (Varshavsky I.L.)؛ Plant-VTUZ در ZIL (Gusarov V.V.، Kabalkin V.N.). در اواسط دهه هشتاد، آزمایش‌های سیستم ذخیره هیدروژن هیدرید فلز روی مینی‌بوس RAF 22034 که روی BVTK کار می‌کرد، در بخش موتورهای گاز و سایر انواع سوخت‌های جایگزین NAMI (رئیس بخش A.Yu. Ramensky) انجام شد. کارمندان بخش مشارکت فعالی در کار داشتند: Kuznetsov V.M.، Golubchenko N.I.، Ivanov A.I.، Kozlov Yu.A. عکسی از یک سیستم ذخیره هیدروژن هیدرید فلزی برای یک مینی بوس در شکل نشان داده شده است. 7.
شکل 7. باتری هیدروژنی هیدروژنی فلزی هیدروژنی خودرو (1983)
در اوایل دهه هشتاد، جهت جدیدی در استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت خودروها شروع به ظهور کرد که در حال حاضر به عنوان یک روند اصلی در نظر گرفته می شود. این جهت با ایجاد خودروهایی با پیل سوختی همراه است. ساخت چنین خودرویی در شرکت تحقیقاتی و تولیدی کوانت انجام شد. تحت رهبری N. S. Lidorenko. این خودرو برای اولین بار در نمایشگاه بین المللی"Electro-82" در سال 1982 در مسکو (شکل 8).
شکل 8. مینی بوس هیدروژنی RAF با استفاده از پیل سوختی (NPP KVANT)
در سال 1982، یک مینی بوس RAF، که در آن ژنراتورهای الکتروشیمیایی نصب شده بود و یک درایو الکتریکی نصب شده بود، به معاون وزیر صنعت خودرو E. A. Bashinjagyan نشان داده شد. این خودرو توسط خود N. S. Lidorenko نمایش داده شد. برای نمونه اولیه، خودروی پیل سوختی از ویژگی های رانندگی خوبی برخوردار بود که با رضایت همه شرکت کنندگان مورد توجه قرار گرفت. قرار بود این کار به طور مشترک با شرکت های وزارت صنعت خودرو اتحاد جماهیر شوروی انجام شود. با این حال ، در سال 1984 ، N. S. Lidorenko پست رئیس شرکت را ترک کرد ، که ممکن است به این واقعیت مربوط باشد که این کار ادامه پیدا نکرد. ساخت اولین خودروی پیل سوختی هیدروژنی روسی که توسط تیم این شرکت طی 25 سال ساخته شده است، می تواند به عنوان یک رویداد تاریخی در کشور ما واجد شرایط باشد.
ویژگی های موتورهای احتراق داخلی هنگام کار بر روی هیدروژن
در رابطه با بنزین، هیدروژن 3 برابر ارزش حرارتی بیشتر، 13 تا 14 برابر انرژی احتراق کمتر، و که برای موتورهای احتراق داخلی ضروری است، محدودیت اشتعال بیشتر دارد. مخلوط سوخت و هوا. این ویژگی‌های هیدروژن آن را برای استفاده در موتورهای احتراق داخلی حتی به عنوان یک افزودنی بسیار موثر می‌سازد. در عین حال، معایب هیدروژن به عنوان سوخت عبارتند از: کاهش قدرت موتور احتراق داخلی در مقایسه با آنالوگ بنزین; فرآیند احتراق "سخت" مخلوط هیدروژن-هوا در منطقه ترکیب استوکیومتری، که منجر به انفجار در شرایط بار بالا می شود. این ویژگی سوخت هیدروژنی مستلزم تغییراتی در طراحی موتور احتراق داخلی است. برای موتورهای موجود، لازم است از هیدروژن در ترکیب با سوخت های هیدروکربنی، به عنوان مثال بنزین استفاده شود. یا گاز طبیعی
به عنوان مثال، سازماندهی تامین سوخت ترکیبات سوخت بنزوهیدروژن (BVTK) برای ماشین های موجودباید به گونه ای انجام شود که در حالت های حرکت بیکارو بارهای جزئی، موتور بر روی ترکیبات سوخت با محتوای هیدروژن بالا کار می کرد. با افزایش بار، غلظت هیدروژن باید کاهش یابد و با دریچه گاز کامل، تامین هیدروژن باید متوقف شود. این ویژگی قدرت موتور را در همان سطح نگه می دارد. در شکل در شکل 9 نمودارهایی از تغییرات خصوصیات اقتصادی و سمی یک موتور با حجم 2.45 لیتر نشان داده شده است. و نسبت تراکم 8.2 واحد. در مورد ترکیب مخلوط بنزوهیدروژن-هوا و غلظت هیدروژن در BVTK.
شکل 9. مشخصات اقتصادی و سمی موتورهای احتراق داخلی با استفاده از هیدروژن و BVTK
تنظیم مشخصات موتور از نظر ترکیب مخلوط در توان ثابت Ne=6.2 کیلووات و سرعت چرخش میل لنگ n=2400 دور در دقیقه تصور اینکه چگونه عملکرد موتور هنگام کار با هیدروژن، BHTK و بنزین تغییر می کند را ممکن می سازد.
پارامترهای قدرت و سرعت موتور برای آزمایش به گونه ای انتخاب شدند که به طور کامل شرایط عملکرد خودرو را در شرایط شهری منعکس کنند. قدرت موتور Ne=6.2 کیلووات و سرعت میل لنگ n=2400 دور در دقیقه مربوط به حرکت یک ماشین، به عنوان مثال، یک گازل با سرعت ثابت 50-60 کیلومتر در ساعت افقی، جاده صاف. همانطور که از نمودارها مشاهده می شود، با افزایش غلظت هیدروژن در BVTK، موثر است راندمان موتورافزایش. حداکثر مقدار بازده در توان 6.2 کیلووات و سرعت میل لنگ 2400 دور در دقیقه با هیدروژن به 18.5 درصد می رسد. این 1.32 برابر بیشتر از زمانی است که موتور با همان بار روی بنزین کار می کند. حداکثر راندمان موثر یک موتور بنزینی در این بار 14 درصد است. در این مورد، ترکیب مخلوط مربوط به حداکثر راندمان موتور (حد ناب موثر) به سمت مخلوط های بدون چربی تغییر می کند. بنابراین، هنگام کار بر روی بنزین، حد موثر برای تخلیه مخلوط سوخت و هوا با ضریب هوای اضافی (a) برابر با 1.1 واحد مطابقت دارد. هنگام کار بر روی هیدروژن، ضریب هوای اضافی مطابق با حد موثر تخلیه مخلوط سوخت و هوا a = 2.5 است. شاخص عملکرد کمتر مهم نیست موتور خودرواحتراق داخلی در بارهای جزئی سمیت گازهای خروجی (EG) است. مطالعه ویژگی های تنظیم کننده موتور با توجه به ترکیب مخلوط روی BVTK با غلظت های مختلف هیدروژن نشان داد که با لاغرتر شدن مخلوط، غلظت مونوکسید کربن (CO) در گازهای خروجی صرف نظر از اینکه تقریباً به صفر رسید. نوع سوخت افزایش غلظت هیدروژن در BVTK منجر به کاهش انتشار هیدروکربن های CnHm از گازهای خروجی می شود. هنگام کار بر روی هیدروژن، غلظت این جزء در حالت های خاص به صفر می رسد. هنگام کار بر روی این نوع سوخت، انتشار هیدروکربن ها تا حد زیادی با شدت احتراق در محفظه تعیین می شود. موتور احتراق داخلی. همانطور که مشخص است، تشکیل اکسیدهای نیتروژن NxOy به نوع سوخت ارتباطی ندارد. غلظت آنها در گازهای خروجی مشخص می شود شرایط دماییاحتراق مخلوط سوخت و هوا توانایی کارکرد موتور بر روی هیدروژن و BHTK در طیف وسیعی از ترکیبات مخلوط بدون چربی به فرد اجازه می دهد حداکثر دمای سیکل را در محفظه احتراق موتور احتراق داخلی کاهش دهد. این به طور قابل توجهی غلظت اکسیدهای نیتروژن را کاهش می دهد. هنگامی که مخلوط سوخت و هوا در بالای a=2 لاغرتر می شود، غلظت NxOy به صفر کاهش می یابد. در سال 2005، NAVE مینی بوس GAZelle را توسعه داد که بر روی BVTK کار می کرد. در دسامبر 2005، در یکی از رویدادهایی که در هیئت رئیسه آکادمی علوم روسیه برگزار شد، ارائه شد. زمان ارائه مینی بوس همزمان با شصتمین سالگرد رئیس NAVE P. B. Shelishch بود. عکسی از یک مینی بوس هیدروژن بنزن در شکل 10 نشان داده شده است.
شکل 10. مینی بوس هیدروژنی "Gazelle" (2005)
برای ارزیابی قابلیت اطمینان تجهیزات بنزن-هیدروژن و ارتقای چشم انداز اقتصاد هیدروژنی، در درجه اول در زمینه حمل و نقل جاده ای، NAVE یک رالی اتومبیل هیدروژنی را از 20 تا 25 آگوست 2006 برگزار کرد. این دوی در مسیر مسکو - نیژنی نووگورود - کازان - نیژنکامسک - چبوکساری - مسکو به طول 2300 کیلومتر انجام شد. زمان برگزاری این تجمع همزمان با اولین کنگره جهانی "انرژی جایگزین و اکولوژی" برگزار شد. دو خودروی هیدروژنی در این مسابقه شرکت کردند. دومین کامیون چند سوختی GAZ 3302 با هیدروژن، گاز طبیعی فشرده، BVTK و بنزین کار می کرد. این خودرو مجهز به 4 سیلندر فایبرگلاس سبک وزن با فشار کاری 20 مگاپاسکال بود. جرم سیستم ذخیره سازی هیدروژن روی برد 350 کیلوگرم است. برد کروز این وسیله نقلیه در BVTK 300 کیلومتر بود.
پشتیبانی شده توسط آژانس فدرالدر علم و نوآوری NAVE، با مشارکت فعال مؤسسه مهندسی برق مسکو (TU)، کارخانه خودرو شماره 41، مرکز فنی و مهندسی "Hydrogen Technologies" و LLC "Slavgaz"، نمونه اولیه GAZ 330232 "GAZELLE- خودروی FARMER” با ظرفیت حمل 1.5 تن با سیستم الکترونیکی تامین هیدروژن و بنزین بر روی BVTK کار می کند. این خودرو به مبدل گاز اگزوز سه طرفه مجهز است. در شکل 11 عکس هایی از ماشین و مجموعه ای از تجهیزات الکترونیکی برای تامین هیدروژن موتور احتراق داخلی را نشان می دهد.
شکل 11. نمونه اولیه خودرو GAZ 330232 "GAZELLE-FARMER"
چشم انداز معرفی هیدروژن در حمل و نقل جاده ای
امیدوار کننده ترین جهت در زمینه استفاده از هیدروژن برای فناوری خودروسازینیروگاه های ترکیبی بر اساس ژنراتورهای الکتروشیمیاییبا سلول های سوختی (FC). در عین حال، یک شرط ضروری، به دست آوردن هیدروژن از منابع انرژی تجدید پذیر و سازگار با محیط زیست است که برای تولید آن، به نوبه خود باید از مواد و فناوری های سازگار با محیط زیست استفاده کرد.
متأسفانه استفاده از چنین وسایل نقلیه با تکنولوژی بالا در مقیاس بزرگ در کوتاه مدت مشکل ساز است. دلیل این امر ناقص بودن تعدادی از فناوری های مورد استفاده در تولید آنها، توسعه ناکافی طراحی ژنراتورهای الکتروشیمیایی و هزینه محدود و بالای مواد مورد استفاده است. به عنوان مثال، هزینه خاص یک کیلو وات توان ECG در سلول های سوختی به 150-300 هزار روبل می رسد (با نرخ مبادله روبل روسیه 30 روبل / دلار آمریکا). یکی دیگر از عناصر مهم مانع از پیشرفت فناوری هیدروژن با پیل سوختی در بازار خودرو، توسعه ناکافی طراحی چنین خودروهایی به طور کلی است. به طور خاص، هیچ داده قابل اعتمادی هنگام آزمایش یک خودرو برای بهره وری سوخت در شرایط عملیاتی واقعی وجود ندارد. به عنوان یک قاعده، بازده نیروگاه یک تاسیسات بر اساس مشخصه جریان-ولتاژ ارزیابی می شود. این ارزیابی از راندمان با ارزیابی راندمان موثر موتور احتراق داخلی که در عمل موتورسازی پذیرفته شده است، مطابقت ندارد، محاسبه آن همچنین تمام تلفات مکانیکی مرتبط با درایو واحدهای موتور را در نظر می گیرد. هیچ داده قابل اعتمادی در مورد بازده سوخت خودروها در شرایط عملیاتی واقعی وجود ندارد، که ارزش آن تحت تأثیر نیاز به نگهداری دستگاه‌ها و سیستم‌های اضافی نصب شده روی خودروها، چه به‌طور سنتی و چه آنهایی که به ویژگی‌های طراحی پیل سوختی مربوط می‌شوند، می‌باشد. ماشین ها. همچنین هیچ داده قابل اعتمادی در مورد ارزیابی راندمان در شرایط دماهای منفی وجود ندارد که در آن لازم است یک رژیم دمایی حفظ شود که عملکرد خود نیروگاه و سوخت عرضه شده و همچنین گرم کردن کابین راننده یا گرمایش را تضمین کند. محفظه مسافر برای اتومبیل های مدرن، حالت کار می تواند به -40 درجه سانتیگراد برسد، این به ویژه باید در نظر گرفته شود شرایط روسیهعمل.
همانطور که مشخص است، در سلول های سوختی آب نه تنها محصول واکنش بین هیدروژن و اکسیژن است، بلکه به طور فعال در فرآیند تولید انرژی شرکت می کند و مواد پلیمری جامد موجود در طراحی سلول های سوختی را خیس می کند. در ادبیات فنی مدرن هیچ داده ای در مورد قابلیت اطمینان و دوام پیل های سوختی در دماهای پایین وجود ندارد. داده های بسیار متناقضی در مقالات در مورد دوام عملکرد ECG در سلول های سوختی منتشر شده است.
در این راستا، تبلیغ خودروهای هیدروژنی مجهز به موتورهای احتراق داخلی برای تعدادی از خودروسازان مطرح دنیا کاملاً طبیعی است. اول از همه، اینها شرکت های معروفی مانند BMW و مزدا هستند. موتورهای BMW Hydrogen-7 و Mazda 5 Hydrogen RE Hybrid (2008) با موفقیت به هیدروژن تبدیل شدند.
از نقطه نظر قابلیت اطمینان طراحی و هزینه نسبی کم یک کیلووات توان نصب شده، نیروگاه های مبتنی بر موتورهای احتراق داخلی که با هیدروژن کار می کنند، به طور قابل توجهی برتر از ECG روی سلول های سوختی هستند، با این حال، موتورهای احتراق داخلی، همانطور که معمولاً تصور می شود ، راندمان کمتر علاوه بر این، گازهای خروجی یک موتور احتراق داخلی ممکن است حاوی برخی مواد سمی باشد. استفاده از نیروگاه های ترکیبی (هیبریدی) باید به عنوان مسیر اصلی برای بهبود فناوری خودروهای مجهز به موتور احتراق داخلی در آینده نزدیک در نظر گرفته شود. بهترین نتیجه از نظر بازده سوخت و سمیت گازهای خروجی ظاهراً باید از استفاده از تأسیسات هیبریدی با یک طرح متوالی برای تبدیل انرژی شیمیایی سوخت در موتور احتراق داخلی به انرژی مکانیکی حرکت وسیله نقلیه انتظار داشت. با مدار ترتیبی ماشین یختقریباً دائماً با حداکثر بهره وری سوخت کار می کند و یک ژنراتور الکتریکی را به حرکت در می آورد که جریان الکتریکی را به موتور چرخ محرک خودرو و دستگاه ذخیره انرژی الکتریکی (باتری) تأمین می کند. وظیفه اصلی بهینه سازی با این طرح، یافتن مصالحه ای بین بازده سوخت موتور احتراق داخلی و سمیت گازهای خروجی آن است. ویژگی حل مشکل این است که حداکثر راندمان موتور هنگام کار در حالت ناب به دست می آید. مخلوط هوا و سوختو حداکثر کاهش سمیت گازهای خروجی با یک ترکیب استوکیومتری به دست می آید که در آن مقدار سوخت عرضه شده به محفظه احتراق کاملاً مطابق با مقدار هوای مورد نیاز برای آن تأمین می شود. احتراق کامل. تشکیل اکسیدهای نیتروژن به دلیل کمبود اکسیژن آزاد در محفظه احتراق و احتراق ناقص سوخت توسط خنثی کننده گازهای خروجی محدود می شود. در موتورهای احتراق داخلی مدرن، یک سنسور برای اندازه گیری غلظت اکسیژن آزاد در گاز خروجی موتور احتراق داخلی سیگنالی را به سیستم الکترونیکیمنبع سوخت، که به گونه ای طراحی شده است که ترکیب استوکیومتری مخلوط هوا و سوخت را در محفظه احتراق موتور در تمام حالت های موتور احتراق داخلی حداکثر حفظ کند. برای نیروگاه های هیبریدی با مدار ترتیبی، به دلیل عدم وجود بارهای متناوب در موتور احتراق داخلی، می توان به بهترین بازده در تنظیم مخلوط هوا و سوخت دست یافت. در عین حال، از نقطه نظر بازده سوخت، ترکیب استوکیومتری مخلوط هوا و سوخت برای موتورهای احتراق داخلی بهینه نیست. حداکثر راندمان موتور همیشه مربوط به مخلوطی است که 10-15 درصد در مقایسه با استوکیومتری لاغرتر است. در عین حال، راندمان یک موتور احتراق داخلی هنگام کار بر روی یک مخلوط بدون چربی می تواند 10-15 بیشتر از زمانی باشد که روی مخلوطی از ترکیبات استوکیومتری کار می کند. راه حلی برای مشکل افزایش انتشار مواد مضر، مشخصه موتورهای احتراق داخلی با احتراق جرقه در این حالت ها، با تغییر عملکرد موتور احتراق داخلی به هیدروژن، ترکیبات سوخت بنزوهیدروژن (BHTK) یا ترکیبات سوخت متان-هیدروژن امکان پذیر است. (MHFC). استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت یا به عنوان یک افزودنی به سوخت اصلی می تواند به طور قابل توجهی محدودیت های متمایل شدن موثر مخلوط هوا و سوخت را افزایش دهد. این شرایط باعث می شود تا راندمان موتور احتراق داخلی به میزان قابل توجهی افزایش یابد و سمیت گازهای خروجی کاهش یابد.
گازهای خروجی موتورهای احتراق داخلی حاوی بیش از 200 هیدروکربن مختلف است. از نظر تئوری، در مورد احتراق مخلوط های همگن (از شرایط تعادل)، گازهای خروجی موتور احتراق داخلی نباید حاوی هیدروکربن باشد، اما به دلیل ناهمگن بودن مخلوط هوا و سوخت در محفظه احتراق موتور احتراق داخلی. ، شرایط اولیه متفاوتی برای واکنش اکسیداسیون سوخت بوجود می آید. دما در محفظه احتراق با توجه به حجم آن متفاوت است، که به طور قابل توجهی بر کامل بودن احتراق مخلوط هوا و سوخت تأثیر می گذارد. تعدادی از مطالعات نشان داده اند که خاموش کردن شعله در نزدیکی دیواره های نسبتا سرد محفظه احتراق رخ می دهد. این منجر به بدتر شدن شرایط احتراق مخلوط هوا و سوخت در لایه نزدیک دیوار می شود. دانشیار اچ و واتف ام در کار خود از فرآیند احتراق مخلوط بنزین و هوا در مجاورت دیواره سیلندر موتور عکس گرفتند. عکاسی از طریق پنجره کوارتز در سر سیلندر موتور انجام شد. این امکان تعیین ضخامت منطقه میرایی را در محدوده 0.05-0.38 میلی متر فراهم کرد. در مجاورت دیواره های محفظه احتراق، CH 2-3 برابر افزایش می یابد. نویسندگان به این نتیجه رسیدند که منطقه خاموش کردن یکی از منابع آزادسازی هیدروکربن است.
یکی دیگر از منابع مهم تشکیل هیدروکربن روغن موتور است که در نتیجه حذف بی اثر از دیواره ها وارد سیلندر موتور می شود. حلقه های اسکراپر روغنیا از طریق شکاف های بین میل سوپاپ و راهنماهای آنها. مطالعات نشان می دهد که مصرف روغن از طریق شکاف بین میل سوپاپ و راهنماهای آنها در موتورهای احتراق داخلی بنزینی خودروها به دلیل ضایعات به 75 درصد از کل مصرف روغن می رسد.
در عملکرد موتور احتراق داخلیسوخت مبتنی بر هیدروژن حاوی مواد حاوی کربن نیست. در این رابطه، اکثریت قریب به اتفاق نشریات حاوی اطلاعاتی هستند که گازهای خروجی موتورهای احتراق داخلی نمی توانند حاوی هیدروکربن باشند. با این حال، معلوم شد که اینطور نیست. البته با افزایش غلظت هیدروژن در BVTK و MVTK، غلظت هیدروکربن ها به میزان قابل توجهی کاهش می یابد، اما به طور کامل از بین نمی رود. این ممکن است تا حد زیادی به دلیل طراحی ناقص باشد تجهیزات سوختاندازه گیری عرضه سوخت هیدروکربنی حتی یک نشت کوچک از هیدروکربن ها زمانی که موتور احتراق داخلی روی مخلوط های بسیار ناب کار می کند می تواند منجر به آزاد شدن هیدروکربن ها شود. چنین رهاسازی هیدروکربن ها ممکن است با سایش گروه سیلندر-پیستون و در نتیجه افزایش اتلاف روغن و غیره همراه باشد. در این راستا، هنگام سازماندهی فرآیند احتراق، لازم است دمای احتراق در یک سطح حفظ شود. که در آن احتراق کامل ترکیبات هیدروکربنی صورت می گیرد.
در طی احتراق سوخت، اکسیدهای نیتروژن در پشت جلوی شعله در ناحیه ای با دمای بالا ناشی از واکنش احتراق سوخت تشکیل می شود. تشکیل اکسیدهای نیتروژن، اگر اینها ترکیبات نیتروژن دار نباشند، در نتیجه برهمکنش اکسیژن و نیتروژن در هوا ایجاد می شوند. نظریه عمومی پذیرفته شده برای تشکیل اکسیدهای نیتروژن، نظریه حرارتی است. مطابق با این تئوری، بازده اکسیدهای نیتروژن با حداکثر دمای چرخه، غلظت نیتروژن و اکسیژن در محصولات احتراق تعیین می شود و به ماهیت شیمیایی نوع سوخت بستگی ندارد (در صورت عدم وجود نیتروژن در سوخت). در گازهای خروجی موتورهای احتراق داخلی با احتراق جرقه، محتوای اکسید نیتروژن 99٪ از کل اکسیدهای نیتروژن (NOx) است. پس از انتشار در جو، NO به NO2 اکسید می شود.
هنگامی که یک موتور احتراق داخلی با هیدروژن کار می کند، تشکیل اکسید نیتروژن در مقایسه با عملکرد موتور روی بنزین دارای ویژگی هایی است. این به دلیل خواص فیزیکوشیمیایی هیدروژن است. عوامل اصلی در این مورد دمای احتراق هیدروژن-هوا و حدود احتراق آن است. همانطور که مشخص است، حدود اشتعال پذیری مخلوط هیدروژن و هوا در محدوده 75٪ - 4.1٪ است که مربوط به ضریب هوای اضافی 0.14 - 9.85 است، در حالی که برای ایزواکتان در محدوده 6.0٪ - 1.18٪ است. ، که مربوط به ضریب هوای اضافی 0.29 - 1.18 است. ویژگی مهماحتراق هیدروژن افزایش سرعت احتراق مخلوط های استوکیومتری است. در شکل شکل 12 نموداری از وابستگی ها را نشان می دهد که جریان فرآیندهای عملکرد موتور احتراق داخلی را هنگام کار بر روی هیدروژن و بنزین مشخص می کند.
شکل 12. تغییرات در پارامترهای فرآیند عملکرد موتور احتراق داخلی هنگام کار بر روی هیدروژن و بنزین، قدرت موتور 6.2 کیلو وات، سرعت میل لنگ 2400 دور در دقیقه.
همانطور که از نمودارهای آنها نشان داده می شود، تغییر موتور احتراق داخلی از بنزین به هیدروژن منجر به افزایش شدید دمای حداکثر چرخه در ناحیه مخلوط های استوکیومتری می شود. نمودار نشان می دهد که سرعت آزاد شدن گرما هنگام کار کردن یک موتور احتراق داخلی بر روی هیدروژن است بالا مردهنقطه موتور احتراق داخلی 3-4 برابر بیشتر از هنگام کار با بنزین است. در عین حال، نمودار نشانگر به وضوح آثاری از نوسانات فشار را نشان می دهد که ظاهر آن در انتهای ضربه فشرده سازی مشخصه "سخت" است. احتراق مخلوط هوا و سوخت شکل 13 نمودارهای نشانگر را نشان می دهد که تغییر فشار در سیلندر موتور احتراق داخلی را توصیف می کند (ZMZ-24D، Vh = 2.4 لیتر، نسبت تراکم -8.2). بسته به زاویه چرخش میل لنگ (قدرت 6.2 کیلووات، h.v. تا 2400 دور در دقیقه) هنگام کار با بنزین و هیدروژن.
شکل 13. شاخص نمودارهای موتور احتراق داخلی(ZMZ-24-D، Vh=24 l.، نسبت تراکم 8.2) توان 6.2 کیلووات و h.v. تا 2400 دور در دقیقه هنگام کار با بنزین و هیدروژن
هنگامی که موتور احتراق داخلی با بنزین کار می کند، جریان ناهموار به وضوح قابل مشاهده است نمودارهای شاخصاز چرخه ای به چرخه دیگر هنگام کار با هیدروژن، به ویژه با ترکیب استوکیومتری، هیچ ناهمواری وجود ندارد. در عین حال زمان جرقه زنی آنقدر کم بود که عملاً می توان آن را برابر با صفر در نظر گرفت. قابل توجه افزایش شدید فشار در پشت TDC است که نشان دهنده افزایش سختی فرآیند است. نمودار پایین نمودارهای نشانگر را هنگام کار بر روی هیدروژن با نسبت هوای اضافی 1.27 نشان می دهد. زمان احتراق 10 درجه p.c بود. برخی از نمودارهای نشانگر به وضوح آثاری از عملکرد "سخت" موتور احتراق داخلی را نشان می دهند. این ماهیت فرآیند کار موتور احتراق داخلی هنگام استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت به افزایش تشکیل اکسیدهای نیتروژن کمک می کند. حداکثر مقدار غلظت اکسیدهای نیتروژن در گاز خروجی مربوط به عملکرد موتور احتراق داخلی با ضریب هوای اضافی 1.27 است. این کاملاً طبیعی است، زیرا مخلوط هوا-سوخت حاوی مقدار زیادی اکسیژن آزاد است و در نتیجه سرعت احتراق بالا، دمای احتراق شارژ هوا-سوخت بالا است. در همان زمان، هنگام تغییر به مخلوط‌های لاغرتر، نرخ انتشار گرما کاهش می‌یابد. حداکثر دمای چرخه کاهش می یابد و بنابراین غلظت اکسیدهای نیتروژن در گاز خروجی کاهش می یابد.
شکل 14. مشخصات تنظیمی برای ترکیب مخلوط هنگام کار با موتور احتراق داخلی بر روی ترکیبات سوخت بنزوژن، قدرت موتور احتراق داخلی 6.2 کیلو وات، سرعت میل لنگ 2400 دور در دقیقه. 1. بنزین، 2. بنزین +H2 (20%)، 3. بنزین +H2 (50%)، 4. هیدروژن
در شکل شکل 14 وابستگی تغییرات در انتشار مواد سمی از گازهای خروجی موتور احتراق داخلی را هنگام کار بر روی بنزین، ترکیبات بنزین هیدروژن و هیدروژن نشان می دهد. همانطور که از نمودار نشان داده شده است، بالاترین مقدار انتشار NOx مربوط به عملکرد یک موتور احتراق داخلی بر روی هیدروژن است. در عین حال، با لاغرتر شدن مخلوط هوا و سوخت، غلظت NOx کاهش می یابد و زمانی که نسبت هوای اضافی بیشتر از 2 واحد باشد، به مقادیر تقریباً صفر می رسد. بنابراین، تبدیل موتور خودرو به هیدروژن به ما این امکان را می دهد که مشکل راندمان سوخت، سمیت اگزوز و کاهش انتشار دی اکسید کربن را به طور اساسی حل کنیم.
استفاده از هیدروژن به عنوان یک افزودنی به سوخت اصلی می تواند به حل مشکل بهبود راندمان سوخت موتورهای احتراق داخلی، کاهش انتشار مواد سمی و کاهش انتشار دی اکسید کربن کمک کند که الزامات محتوای آن در اگزوز است. گازهای موتورهای احتراق داخلی به طور مداوم سختگیرانه تر می شوند. افزودن هیدروژن وزنی در محدوده 10 تا 20 درصد ممکن است در آینده نزدیک برای خودروهای با موتورهای هیبریدی بهینه باشد.
استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت موتور تنها در هنگام ایجاد ساختارهای تخصصی می تواند موثر باشد. در حال حاضر، تولیدکنندگان پیشرو موتور خودرو در حال کار بر روی ایجاد چنین موتورهایی هستند. در اصل، جهات اصلی که در هنگام ایجاد طرح جدیدی از موتورهای احتراق داخلی هیدروژنی لازم است حرکت کرد، شناخته شده است. این شامل:
1. استفاده از تشکیل مخلوط داخلی، شاخص های وزن و اندازه یک موتور هیدروژنی را 20-30 درصد بهبود می بخشد.
2. استفاده از مخلوط هیدروژن-هوای فوق ناب برای نیروگاه های هیبریدی باعث می شود تا دمای احتراق در محفظه احتراق موتور احتراق داخلی به میزان قابل توجهی کاهش یابد و پیش نیازهای افزایش نسبت تراکم موتور احتراق داخلی ایجاد شود. استفاده از مواد جدید، از جمله برای سطح داخلی محفظه احتراق، که اجازه می دهد تا از دست دادن حرارت به موتور سیستم خنک کننده کاهش یابد.
به گفته کارشناسان، همه اینها باعث می شود راندمان مؤثر موتور احتراق داخلی که با هیدروژن کار می کند به 42-45 درصد برساند که کاملاً قابل مقایسه با راندمان ژنراتورهای الکتروشیمیایی است که در حال حاضر هیچ داده اقتصادی برای آن وجود ندارد. بهره وری در شرایط عملیات واقعی خودرو، با در نظر گرفتن درایو واحدهای کمکی، سالن گرمایش و غیره.
تاریخچه موتور هیدروژنی اگر نفت را سوخت گویند امروز(سوخت قرن)، سپس هیدروژن را می توان سوخت آینده نامید.
در شرایط عادی، هیدروژن گازی بی رنگ، بی بو و بی مزه، سبک ترین ماده (14.4 برابر سبکتر از هوا) است. با نقطه جوش و ذوب بسیار کم، به ترتیب -252.6 و -259.1 سی سی متمایز می شود.
هیدروژن مایع یک مایع بی رنگ و بی بو است که در دمای 253- درجه سانتیگراد دارای جرم 0.0708 گرم بر سانتی متر مکعب است.
هیدروژن نام خود را مدیون دانشمند فرانسوی Antoine Laurent Lavoisier است که در سال 1787، با تجزیه و سنتز مجدد آب، پیشنهاد کرد که جزء دوم (که اکسیژن شناخته شده بود) نامیده شود، که در ترجمه به معنای "زایش آب" یا "هیدروژن" است. قبلاً گاز آزاد شده در اثر برهمکنش اسیدها با فلزات "هوای قابل اشتعال" نامیده می شد.
اولین حق ثبت اختراع موتوری که با مخلوطی از هیدروژن و اکسیژن کار می کرد در سال 1841 در انگلستان ظاهر شد و 11 سال بعد، ساعت ساز درباری، کریستین تامن، موتوری را در مونیخ ساخت که چندین سال بر روی مخلوطی از هیدروژن و هوا کار می کرد.
یکی از دلایلی که این موتورها همه گیر نشدند نبود هیدروژن آزاد در طبیعت بود.
در قرن ما دوباره به موتور هیدروژن تبدیل شد - در دهه 70 در انگلستان، دانشمندان ریکاردو و بروستال تحقیقات جدی انجام دادند. به طور تجربی - با تغییر تنها منبع هیدروژن - آنها دریافتند که یک موتور هیدروژنی می تواند در کل محدوده بار، از بیکار تا بار کامل، کار کند. علاوه بر این، مقادیر بازده شاخص بالاتر با مخلوط‌های بدون چربی نسبت به بنزین به دست آمد.
در آلمان، در سال 1928، شرکت کشتی‌های هوایی زپلین از هیدروژن به عنوان غنی‌کننده سوخت برای انجام یک پرواز آزمایشی از راه دور در دریای مدیترانه استفاده کرد.
قبل از جنگ جهانی دوم در همان آلمان از واگن های ریلی که با هیدروژن کار می کردند استفاده می شد. هیدروژن برای آنها در الکترولیزهای فشار بالا که از شبکه اصلی در ایستگاه های گاز واقع در نزدیکی راه آهن کار می کنند به دست آمد.
کار رودولف ارن نقش مهمی در بهبود موتور هیدروژن ایفا کرد. او اولین کسی بود که از تشکیل مخلوط داخلی استفاده کرد، که امکان تبدیل موتورهای سوخت مایع به هیدروژن را در حالی که سیستم سوخت اصلی را حفظ کرد و در نتیجه عملکرد موتور بر روی سوخت هیدروکربنی، هیدروژن و سوخت مایع با افزودنی هیدروژن را تضمین کرد. جالب است بدانید که امکان تغییر از یک نوع سوخت به نوع دیگر بدون توقف موتور وجود داشت.
یکی از موتورهای تبدیل شده توسط Erren، دیزل اتوبوس لیلاند است که عملیات آزمایشی آن نشان داد که راندمان بالایی در هنگام افزودن هیدروژن به سوخت دیزل دارد.
ارن همچنین یک موتور هیدروژن-اکسیژن ساخت که محصول احتراق آن بخار آب بود مقداری از بخار همراه با اکسیژن به سیلندر برگشت و بقیه متراکم شد. توانایی کار با چنین موتوری بدون اگزوز خارجی در زیردریایی های آلمانی قبل از جنگ استفاده می شد. موتورهای دیزلی هنگامی که روی سطح بودند، انرژی قایق را تامین می‌کردند و انرژی را برای تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن فراهم می‌کردند؛ زمانی که زیر آب می‌رفتند، بر روی مخلوط بخار-اکسیژن و هیدروژن کار می‌کردند. در عین حال، این زیردریایی برای موتورهای دیزلی نیازی به هوا نداشت و اثری بر روی سطح آب به صورت حباب های نیتروژن، اکسیژن و سایر محصولات احتراق باقی نگذاشت.
در کشور ما تحقیقات در مورد امکان استفاده از هیدروژن در موتورهای احتراق داخلی از دهه 30 آغاز شد.
در طول محاصره لنینگراد، ماشین های وینچ با موتورهای GAZ-AA که به نیروی هیدروژن تبدیل می شدند، برای بالا و پایین بردن بالن های رگبار استفاده می شدند. از سال 1942، هیدروژن با موفقیت در خدمات دفاع هوایی مسکو مورد استفاده قرار گرفت؛ بالون ها با آن باد می شدند.
در دهه 50، کشتی‌های رودخانه‌ای قرار بود از هیدروژن به دست آمده از تجزیه آب با استفاده از نیروی برق آبی استفاده کنند.
استفاده کنونی از هیدروژن
در دهه 70، تحت رهبری آکادمیک V.V. Struminsky، آزمایشاتی بر روی موتور خودرو GAZ-652 با بنزین و هیدروژن و موتور GAZ-24 با هیدروژن مایع انجام شد. آزمایشات نشان داده است که هنگام کار بر روی هیدروژن، راندمان افزایش می یابد و گرمایش موتور کاهش می یابد.در مؤسسه مشکلات مهندسی مکانیک خارکف آکادمی علوم SSR اوکراین و مؤسسه اتومبیل و بزرگراه خارکف، تحت رهبری پروفسور I. L. Varshavsky، تحقیقاتی در مورد مقاومت انفجاری هیدروژن-هوا و بنزین-هیدروژن- انجام شد. مخلوط های هوا و همچنین پیشرفت هایی در مورد تبدیل به هیدروژن و افزودن هیدروژن به بنزین در موتورهای اتومبیل Moskvich-412، "VAZ-2101"، "GAZ-24" با استفاده از مواد ذخیره کننده انرژی و هیدریدهای فلزات سنگین برای تولید و ذخیره هیدروژن انجام شد. . این تحولات به مرحله عملیات آزمایشی در اتوبوس ها و تاکسی ها رسیده است.
در فضانوردی ظاهر شد کلاس جدیدهواپیما با سرعت های مافوق صوت در جو زمین. برای دستیابی به چنین سرعتهایی، سوختی با ارزش حرارتی بالا و وزن مولکولی کم محصولات احتراق مورد نیاز است. علاوه بر این، باید منبع تبرید زیادی داشته باشد.
هیدروژن این الزامات را کاملاً برآورده می کند. می تواند گرما را 30 برابر بیشتر از نفت سفید جذب کند. هنگامی که از 253- تا 900+ درجه سانتیگراد (دمای ورودی موتور) گرم می شود، 1 کیلوگرم هیدروژن می تواند بیش از 4000 کیلو کالری جذب کند.
شستن پوست از داخل هواپیماقبل از ورود به محفظه احتراق، هیدروژن مایع تمام گرمای تولید شده را هنگامی که دستگاه به سرعت 10 تا 12 برابر بیشتر از سرعت صوت در هوا شتاب می گیرد، جذب می کند.
از هیدروژن مایع جفت شده با اکسیژن مایع استفاده شد آخرین مراحلپرتابگرهای فوق سنگین آمریکایی Saturn 5 که تا حدی به موفقیت برنامه های فضایی آپولو و اسکای لب کمک کردند.
خواص موتور سوخت
پایه فیزیکوشیمیایی و خواص موتورهیدروژن در مقایسه با پروپان و بنزین در جدول آورده شده است. 1.
هیدروژن دارای بالاترین شاخص های جرم انرژی است که 2.5-3 برابر از سوخت های هیدروکربنی سنتی و 5-6 برابر از الکل ها بیشتر است. با این حال، به دلیل چگالی کم، خروجی حرارت حجمی آن نسبت به بیشتر سوخت های مایع و گاز پایین تر است. گرمای احتراق 1 متر مکعب از مخلوط هیدروژن و هوا 15٪ کمتر از بنزین است. به دلیل پر شدن بدتر سیلندر به دلیل چگالی کم، توان لیتری موتورهای بنزینی هنگام تبدیل به هیدروژن 20-25٪ کاهش می یابد.
دمای احتراق مخلوط های هیدروژنی بالاتر از مخلوط های هیدروکربنی است، اما انرژی کمتری برای احتراق اولی مورد نیاز است. مخلوط هیدروژن و هوا متفاوت است سرعت بالااحتراق در موتور و احتراق با حجم تقریباً ثابتی اتفاق می افتد که منجر به افزایش شدید فشار می شود (3 برابر بیشتر از معادل بنزین). با این حال، در مخلوط های لاغر و حتی بسیار کم چربی، سرعت احتراق هیدروژن عملکرد طبیعی موتور را تضمین می کند.
مخلوط‌های هیدروژن و هوا دارای طیف وسیعی از قابلیت اشتعال هستند که امکان اعمال کنترل با کیفیت بالا را برای هر گونه تغییر بار ممکن می‌سازد. حد احتراق کم کارکرد موتور هیدروژنی را تضمین می کند محدودیت سرعتدر طیف گسترده ای از ترکیبات مخلوط، در نتیجه کارایی آن در بارهای جزئی 25-50٪ افزایش می یابد.
روش های زیر برای تامین هیدروژن موتورهای احتراق داخلی شناخته شده است: تزریق به منیفولد ورودی. با استفاده از تغییرات کاربراتور مشابه سیستم های قدرت گاز مایع و گاز طبیعی؛ دوز هیدروژن فردی تقریبا دریچه ورودی; تزریق مستقیمتحت فشار بالا وارد محفظه احتراق می شود.
برای اطمینان از عملکرد پایدار موتور، روش اول و دوم را می توان تنها با گردش مجدد گازهای خروجی جزئی، با استفاده از افزودنی های آب و بنزین به شارژ سوخت استفاده کرد.
بهترین نتیجه با تزریق مستقیم هیدروژن به محفظه احتراق حاصل می شود که کاملاً از بین می رود نتیجه معکوس می دهدکه در دستگاه مصرف، حداکثر توان نه تنها کاهش نمی یابد، بلکه می تواند 10-15٪ افزایش یابد.
ذخیره سوخت
مشخصات حجمی و جرمی سیستم های مختلف ذخیره سازی هیدروژن در جدول آورده شده است. 2. همه آنها از نظر اندازه و وزن کمتر از بنزین هستند.
به دلیل ذخیره انرژی کم و افزایش قابل توجه اندازه و وزن مخزن سوختگاز هیدروژن استفاده نمی شود. سیلندرهای فشار قوی سنگین نیز در وسایل نقلیه استفاده نمی شود.
هیدروژن مایع در ظروف برودتی با دو جداره که فضای بین آنها عایق حرارتی است.
جالب توجه عملی، تجمع هیدروژن با استفاده از هیدریدهای فلزی است. برخی از فلزات و آلیاژها مانند وانادیم، نیوبیم، آلیاژ آهن-تیتانیوم (FeTi)، آلیاژ منگنز-نیکل (Mg + 5% Ni) و سایرین، می توانند تحت شرایط خاصی با هیدروژن ترکیب شوند. در این حالت هیدریدهای حاوی مقدار زیادی هیدروژن تشکیل می شوند. اگر حرارت به هیدرید اعمال شود، تجزیه می شود و هیدروژن آزاد می شود. فلزات و آلیاژهای احیا شده را می توان برای ترکیب با هیدروژن دوباره استفاده کرد.
سیستم های هیدرید معمولاً از گرمای گازهای خروجی موتور برای تولید هیدروژن استفاده می کنند. باتری هیدرید با هیدروژن تحت فشار کم با خنک شدن همزمان با آب جاری از شیر شارژ می شود. بر اساس خواص ترمودینامیکی و هزینه کم، مناسب ترین جزء آلیاژ FeTi است.
آکومولاتور هیدرید بسته ای از لوله ها (کارتریج های هیدرید) ساخته شده از فولاد ضد زنگ است که با آلیاژ پودر FeTi پر شده و در یک پوسته معمولی محصور شده است. گازهای خروجی موتور یا آب به فضای بین لوله ها منتقل می شود. لوله ها در یک طرف توسط یک منیفولد به هم متصل می شوند که برای ذخیره مقدار کمی هیدروژن لازم برای راه اندازی موتور و کارکرد آن در شرایط گذرا استفاده می شود. از نظر جرم و حجم، باتری های هیدرید با سیستم های ذخیره سازی هیدروژن مایع قابل مقایسه هستند. از نظر شدت انرژی، آنها نسبت به بنزین پایین تر هستند، اما نسبت به باتری های سرب اسید برتری دارند.
روش ذخیره سازی هیدرید به خوبی با حالت های کار موتور از طریق کنترل خودکار جریان گاز خروجی از اکومولاتور هیدرید سازگار است. سیستم هیدرید امکان استفاده کامل از تلفات حرارتی از طریق گازهای خروجی و آب خنک کننده را فراهم می کند. یک سیستم آزمایشی هیدرید-برودتی در شورولت مونت کارلو استفاده شد. در این سیستم موتور با هیدروژن مایع روشن می شود و باتری هیدرید پس از گرم شدن موتور روشن می شود و از آب سیستم خنک کننده برای گرم کردن هیدرید استفاده می شود.
در آلمان قبل از جنگ، در یک سیستم آزمایشی هیدرید که توسط دایملر-بنز توسعه داده شد، از دو باتری هیدرید استفاده شد که یکی از آنها - دمای پایین - گرما را از محیط جذب می کند و به عنوان تهویه مطبوع عمل می کند، دیگری با خنک کننده گرم می شود. سیستم خنک کننده موتور زمان مورد نیاز برای شارژ باتری هیدرید بستگی به مدت زمان لازم برای دفع گرما دارد. هنگام خنک شدن آب لوله کشیزمان سوخت گیری کاملیک باتری هیدرید با ظرفیت 65 لیتر، حاوی 200 کیلوگرم آلیاژ FeTi و جذب 50 متر مکعب هیدروژن، 45 دقیقه است که 75 درصد پر شدن در 10 دقیقه اول اتفاق می افتد.
فواید هیدروژن
مزایای اصلی هیدروژن به عنوان سوخت در حال حاضر است لوازم نامحدودمواد خام و نبود یا مقدار کمی مواد مضر در گازهای خروجی اگزوز.پایه مواد خام برای تولید هیدروژن عملا نامحدود است. همین بس که رایج ترین عنصر در جهان هستی است. به شکل پلاسما، تقریباً نیمی از جرم خورشید و بیشتر ستارگان را تشکیل می دهد. گازهای محیط بین ستاره ای و سحابی های گازی نیز عمدتاً از هیدروژن تشکیل شده اند.
در پوسته زمین، محتوای هیدروژن 1 درصد جرم و در آب، فراوان ترین ماده روی زمین، 11.19 درصد جرم است. با این حال، هیدروژن آزاد به ندرت و در مقادیر کم در گازهای آتشفشانی و دیگر گازهای طبیعی یافت می شود.
هیدروژن سوخت منحصر به فردی است که از آب استخراج می شود و پس از احتراق دوباره آب را تشکیل می دهد. اگر از اکسیژن به عنوان یک عامل اکسید کننده استفاده شود، تنها محصول احتراق آب مقطر خواهد بود. هنگام استفاده از هوا، اکسیدهای نیتروژن به آب اضافه می شود که محتوای آن به نسبت هوای اضافی بستگی دارد.
هنگام استفاده از هیدروژن، به مواد سمی ضد ضربه سرب نیازی نیست.
علیرغم عدم وجود کربن در سوخت هیدروژن، گازهای خروجی ممکن است حاوی مقادیر کمی مونوکسید کربن و هیدروکربن باشند به دلیل فرسودگی روان کننده های هیدروکربنی که وارد محفظه احتراق می شوند.
در سال 1972، جنرال موتورز (ایالات متحده آمریکا) مسابقات اتومبیل را برای تمیزترین آلاینده ها برگزار کرد. خودروهای برقی باتری دار و 63 خودرو با سوخت های مختلف از جمله گاز آمونیاک و پروپان در این مسابقه شرکت کردند. مقام اول به خودروی فولکس واگن تبدیل شده به هیدروژن تعلق گرفت که گازهای خروجی آن تمیزتر از هوای اتمسفر اطراف مصرف شده توسط موتور است.
هنگامی که موتورهای احتراق داخلی با هیدروژن کار می کنند، به دلیل انتشار بسیار کمتر ذرات جامد و عدم وجود اسیدهای آلی تشکیل شده در طی احتراق سوخت های هیدروکربنی، عمر موتور افزایش می یابد و هزینه های تعمیر کاهش می یابد.
در مورد معایب
گاز هیدروژن دارای نفوذ بالایی است - ضریب انتشار آن در هوا در مقایسه با اکسیژن، دی اکسید هیدروژن و متان بیش از 3 برابر بیشتر است.توانایی هیدروژن برای نفوذ به ضخامت فلزات که هیدروژناسیون نامیده می شود، با افزایش فشار و دما افزایش می یابد. نفوذ هیدروژن به شبکه کریستالی اکثر فلزات 4-6 میلی متر در هنگام کار سرد 1.5-2 میلی متر کاهش می یابد. هیدروژناسیون آلومینیوم که به 15-30 میلی متر می رسد، می تواند در طول سخت شدن سرد به 4-6 میلی متر کاهش یابد. هیدروژناسیون بیشتر فلزات با آلیاژ شدن با کروم، مولیبدن و تنگستن تقریباً به طور کامل حذف می شود.
فولادهای کربنی برای ساخت قطعات در تماس با هیدروژن مایع مناسب نیستند، زیرا در دماهای پایین ترد می شوند. برای این منظور فولادهای کروم نیکل Kh18N10T، OX18N12B، Kh14G14NZT، برنج L-62، LS 69-1، LV MTs 59-1-1، قلع فسفر BR OF10-1، بریلیم BRB2 و برنز آلومینیوم استفاده می شود.
مخازن برودتی (برای مواد با دمای پایین) برای ذخیره هیدروژن مایع معمولاً از آلیاژهای آلومینیوم AMts، AMg، AMg-5V و غیره ساخته می شوند.
مخلوطی از گاز هیدروژن و اکسیژن دارای طیف وسیعی از قابلیت اشتعال و انفجار است. بنابراین، فضاهای بسته باید مجهز به آشکارسازهایی باشد که غلظت آن را در هوا کنترل می کند.
دمای اشتعال بالا و توانایی اتلاف سریع در هوا باعث می شود که هیدروژن در حجم های باز تقریباً از نظر ایمنی معادل گاز طبیعی باشد.
برای تعیین ایمنی انفجار در یک حادثه رانندگی، هیدروژن مایع از یک ظرف برودتی بر روی زمین ریخته شد، اما بلافاصله تبخیر شد و در هنگام تلاش برای مشتعل کردن آن مشتعل نشد.
در ایالات متحده آمریکا، کادیلاک الدورادو، تبدیل به سوخت هیدروژنی، تحت آزمایشات زیر قرار گرفت. گلوله های سوراخ کننده زره از یک تفنگ به داخل یک ظرف هیدرید کاملاً پر شده با هیدروژن شلیک می شد. در این مورد هیچ انفجاری رخ نداده است، اما مخزن گاز طی آزمایش مشابهی منفجر شده است.
بنابراین، معایب جدی هیدروژن - انتشار بالا و طیف گسترده ای از اشتعال پذیری و انفجار مخلوط گاز هیدروژن-اکسیژن دیگر دلیلی برای جلوگیری از استفاده از آن در حمل و نقل نیست.
چشم انداز
هیدروژن در حال حاضر به عنوان سوخت در فناوری موشک استفاده می شود. امکانات استفاده از آن در هوانوردی و در حمل و نقل جاده ای. از قبل مشخص شده است که یک موتور هیدروژنی بهینه باید چه باشد. باید دارای: نسبت تراکم 10-12، سرعت میل لنگ حداقل 3000 دور در دقیقه سیستم داخلیتشکیل مخلوط و کار با ضریب هوای اضافی α≥1.5. اما برای اجرا. برای چنین موتوری، بهبود تشکیل مخلوط در سیلندر موتور و ارائه توصیه های طراحی قابل اعتماد ضروری است.دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که استفاده گسترده از موتورهای هیدروژنی در خودروها زودتر از سال 2000 نباشد. این کار باعث بهبود کارایی و کاهش انتشارات مضر در محیط می شود.
تبدیل به هیدروژن مورد توجه است موتور پیستونی دوار، از آنجایی که میل لنگ ندارد و بنابراین قابل انفجار نیست.
در حال حاضر هیدروژن از گاز طبیعی تولید می شود. استفاده از چنین هیدروژنی به عنوان سوخت بی‌سود است؛ سوختن گاز در موتورها ارزان‌تر است. تولید هیدروژن از طریق تجزیه آب نیز به دلیل هزینه های انرژی زیاد برای شکافتن یک مولکول آب از نظر اقتصادی بی سود است، البته تحقیقاتی نیز در این راستا در حال انجام است. در حال حاضر خودروهای آزمایشی مجهز به واحد الکترولیز خود هستند که می توانند به شبکه برق عمومی متصل شوند. هیدروژن تولید شده در یک انباشته کننده هیدرید ذخیره می شود.
امروزه هزینه هیدروژن الکترولیتی 2.5 برابر بیشتر از هزینه تولید شده از گاز طبیعی است. دانشمندان این موضوع را با نقص فنی الکترولیزها توضیح می دهند و معتقدند که بازده آنها را می توان به زودی به 70-80٪ افزایش داد، به ویژه با استفاده از فناوری دمای بالا. توسط تکنولوژی موجودراندمان نهایی تولید هیدروژن الکترولیتی از 30٪ تجاوز نمی کند.
تجزیه حرارتی مستقیم آب به دمای بالای حدود 5000 درجه سانتیگراد نیاز دارد. بنابراین، تجزیه مستقیم آب حتی در یک راکتور حرارتی هنوز امکان پذیر نیست - یافتن موادی که قادر به کار در چنین دمایی باشند دشوار است. دانشمند ژاپنی T. Nakimura یک چرخه تجزیه آب دو مرحله ای را برای کوره های خورشیدی پیشنهاد کرد که به چنین دمای بالایی نیاز ندارد. شاید زمانی فرا برسد که در یک چرخه دو مرحله ای، هیدروژن توسط ایستگاه های هلیوم-هیدروژن واقع در اقیانوس و ایستگاه های هیدروژن هسته ای که بیشتر از الکتریسیته هیدروژن تولید می کنند، تولید شود.
مانند گاز طبیعی، هیدروژن را می توان از طریق خطوط لوله انتقال داد. به دلیل چگالی و ویسکوزیته کمتر، 2.7 برابر بیشتر هیدروژن را می توان از طریق همان خط لوله با فشاری مشابه از گاز پمپ کرد، اما هزینه های حمل و نقل بیشتر خواهد بود. مصرف انرژی برای انتقال هیدروژن از طریق خطوط لوله تقریباً 1٪ در هر 1000 کیلوگرم است که برای خطوط برق قابل دستیابی نیست.
هیدروژن را می توان در مخازن گاز با آب بندی مایع و در مخازن ذخیره کرد. فرانسه قبلاً تجربه ذخیره سازی گاز حاوی 50 درصد هیدروژن را در زیر زمین دارد. هیدروژن مایع را می توان در مخازن برودتی، در هیدریدهای فلزی و در محلول ها ذخیره کرد.
هیدریدها ممکن است به آلاینده ها غیر حساس باشند و قادر به جذب انتخابی هیدروژن از مخلوط گاز هستند. این امر امکان سوخت‌گیری در شب را از شبکه گاز خانگی که از محصولات گازی‌سازی زغال سنگ تامین می‌شود، باز می‌کند.
ادبیات
- 1. Vladimirov A. Fuel سرعت های بالا. - شیمی و زندگی 1974، شماره 12، ص. 47-50.
- 2. Voronov G. راکتور گرما هسته ای - منبع سوخت هیدروژن. - شیمی و زندگی، 1358، شماره 8، ص. 17.
- 3. استفاده از سوخت های جایگزین در حمل و نقل جاده ای به خارج از کشور. اطلاعات کلی سری 5. اقتصاد، مدیریت و سازمان تولید. CBNTI وزارت حمل و نقل خودروی RSFSR، شماره 1S82. 2.
- 4. Struminsky V.V. هیدروژن به عنوان سوخت. - پشت فرمان، 1980، Ko 8، ص. 10-11.
- 5. موتور هیدروژنی Khmyrov V.I., Lavrov B.E. آلما آتا، علم، 1981.
