Wasserstoffverbrennungsmotor, der Wasserstoff als Brennstoff verwendet.
Geschichte der Wasserstoffmotoren
Etwa 45% der Erdölerzeugnisse werden als Treibstoff für Autos verwendet. Die Ölreserven sind begrenzt und sind nicht erneuerbar, so dass die Suche nach einer universellen Energiequelle, die in konventionell unbegrenzten Mengen gewonnen werden kann, durchaus relevant ist.
Wasserstoff als Kraftstoff für Motoren gilt als die vielversprechendsten Stoffe. Die Wasserstoffvorräte auf der Erde sind praktisch unerschöpflich, da sie aus dem gemeinsamen Wasser leicht zugänglich sind. Die Lagerung und der Transport dieses Gases ist schwierig, aber machbar. Und am wichtigsten ist, dass Wasserstoff mit gleichen Massen dreimal so viel Energie wie Benzin erhält.
Der erste Wasserstoff-Patent-Zertifikat wurde 1841 in England ausgestellt. 1852 wurde in Deutschland ein Verbrennungsmotor gebaut, der auf einer Mischung aus Wasserstoff und Luft läuft, und Zeppelins berüchtigte Zeppelin diristed mit einem Lichtgasgemisch von 50 Prozent Wasserstoff verbaut wurde.
Das Interesse an wasserstoffbetriebenen Motoren wurde in den siebziger Jahren wieder aufgenommen, mit dem Aufkommen der Kraftstoff-und Energiekrise.
Am Ende der Ölkrise ist das Interesse an alternativen Energieträgern nicht verschwunden. Derzeit werden Umweltbefürworter, die für die Reduzierung schädlicher Emissionen in die Atmosphäre kämpfen, von ihm intensiv erhitzt. Darüber hinaus haben die ständig steigenden Energiepreise und der Wunsch vieler Länder, die Kraftstoffunabhängigkeit zu erlangen, dazu beigetragen, die theoretischen und praktischen Untersuchungen von Wasserstoffanwendungen in Fahrzeugen fortzusetzen.
General Motors, Honda Motor, Ford Motor, BMW und andere sind die aktivsten Forschungen zur Wasserstoffmotorenentwicklung.
Typen und Betriebsprinzip von wasserstoffbetriebenen Motoren
Das moderne Antriebssystem ist in zwei Typen unterteilt: Elektromotoren aus Wasserstoffbrennstoffzellen und Verbrennungsmotoren auf Wasserstoff.
Wasserstoffbrennstoffzellensysteme
Das Prinzip der Brennstoffzellenoperation basiert auf physikalisch-chemischer Reaktion. Tatsächlich sind Brennstoffzellen wie Lead-Säure-Batterien. Der Unterschied besteht darin, dass die CNG-Brennstoffzelle deutlich höher als die Batterie ist und 45 Prozent oder mehr beträgt.
In der Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle wird eine Membran mit nur Protonen installiert. Sie trennt die beiden Zellen mit den Elektroden und der Anode und dem einen. Wasserstoff ist in die Anodenzelle gesteckt worden, und der Sauerstoff befindet sich in der Zelle. Jede Elektrode wird mit einem Katalysator, beispielsweise Platin, plattiert. Molekularer Wasserstoff unter dem Einfluss eines Katalysators, der durch Anode verursacht wird, verliert Elektronen. Protonen werden durch die Membran zum Katode geführt, und der Katalysator ist mit Elektronen verbunden (Fluss von Elektronen von außen), was zu Wasser führt. Die Elektronen aus der Anodenkammer gehen in die elektrische Schaltung, die mit dem Motor verbunden ist, das heißt in der Haussprache, der elektrische Strom wird gebildet und der Elektromotor wird erzeugt.
Die aktuellen Brennstoffzellenproben sind "Niva" mit dem Kraftwerk "Antel-1" und "Lada 111" mit "Antel-2" von Ural-Ingenieuren entwickelt. Das erste Auto kann für eine einzige Gebühr von 200 km und die zweite kann 350 Kilometer sein.
Verbrennungsmotoren für Wasserstoff
Bei der Verwendung von Wasserstoff in einer konventionellen Verbrennungskraftmaschine ergeben sich eine Reihe von Problemen. Zunächst kommt bei hoher Temperatur und Kompression Wasserstoff in Reaktion mit dem Metall, aus dem der Motor hergestellt wird, und sogar mit dem Motoröl. Darüber hinaus wird es bei einem noch leichten Leck in Kontakt mit einem heißen Auspuffkrümmer unweigerlich entzündet. Wasserstoff wird also übrigens von Rotationsmaschinen genutzt, die als Auspuffkrümmer-Abgelegenheit des Auspuffkrümmers ausgelegt sind, wodurch das Risiko der Zündung weggenommen werden kann. All diese Probleme, einschließlich der Notwendigkeit, das Zündsystem zu ändern, sind jedoch in der einen oder anderen Art und Weise zu umgehen, so dass Ingenieure Wasserstoff als Brennstoff-Brennstoff-Fueler denken können.
Der Wasserstoff für Wasserstoff hat eine geringere Effizienz als die Brennstoffzellenmotoren, aber die Tatsache, dass weniger als Benzin benötigt wird, um 1 kW Wasserstoffenergie zu erzeugen, darf mit einem reduzierten Wirkungsgrad angenommen werden.
Ein gutes Beispiel für ein wasserstoffbetriebenes Auto könnte die experimentelle Limousine BMW 750hL sein, die von einer limitierten Serie produziert wird und den Kunden zur Verfügung steht. Es verfügt über einen 12-Zylinder-Motor, der auf einem Raketentreibstoff (Wasserstoff + Sauerstoff) läuft, um bis zu 140 km/h zu verteilen.
Verflüssigter Wasserstoff wird in einem speziellen Tank bei niedriger Temperatur gelagert. Die Wasserstoffversorgung ist etwa 300 km entfernt. Bei Verwendung des Motors schaltet der Motor automatisch aus dem zusätzlichen Benzintank an die Leistung ab. Der Preis des BMW Hydrogen 7 ist vergleichbar mit dem Wert der Norm 7 und liegt bei rund 93.000 Dollar.
Probleme und Herausforderungen bei der Entwicklung von Wasserstoff-betriebenen Motoren
Es gibt eine Reihe von technologischen und ökologischen Hindernissen für den massiven Übergang zu Wasserstoff als Brennstoff.
Die Produktion von Wasserstoffbrennstoffen ist heute viermal teurer als die Benzinproduktion.
Der Prozess, Wasserstoff aus dem Wasser zu holen, ist immer noch zu teuer. Daher wird der Großteil des Volumens derzeit aus Methan hergestellt. Transport und Lagerung sind mit hohen Kosten verbunden.
Bei massiven Einsätzen solcher Kraftwerke ist Wasserstoff in der Atmosphäre dramatisch angestiegen, was zur Erschöpfung der Ozonschicht der Erde führen könnte, da Wasserstoffemissionen deutlich mehr Stickoxide emittieren als Benzin.
Die Höhe der kommerziellen Rückzahlung solcher Kraftwerke wird erst auf lange Sicht gesehen.
Genau die gleichen Probleme traten jedoch bei der Entwicklung von Benzin-, Elektro-und Gasmotoren auf. Es war zu hoffen, dass sich die Situation in 15 bis 20 Jahren ändern würde, und das Aufkommen eines Wasserstoffautos auf den Straßen würde Routine werden.
