Silnik spalinowy wewnętrznego spalania wodoru, który wykorzystuje wodór jako paliwo.
Historia silników wodorowych
Około 45% światowych produktów ropopochodnych stosuje się jako paliwo do samochodów. Rezerwy ropy są ograniczone i nie są odnawialne, dlatego też poszukiwanie uniwersalnego źródła energii, które można uzyskać w ilościach konwencjonalnych, jest zdecydowanie istotne.
Wodór jako paliwo do silników jest uważany za jedne z najbardziej obiecujących substancji. Magazyny wodoru na Ziemi są praktycznie niewyczerpalne, ponieważ są łatwo dostępne ze wspólnej wody. Magazynowanie i transport tego gazu jest trudne, ale wykonalne. A co najważniejsze, z równą masą, wodór przydzielany jest trzykrotnie więcej energii niż benzyna.
Pierwszy certyfikat patentowy wodoru został wydany w Anglii w 1841 roku. W 1852 roku wybudowano w Niemczech silnik spalinowy, działający na mieszance wodoru i powietrza, a niesłabnany Zeppelin diristed został zamontowany z lekką mieszaniną gazu 50% wodoru.
Zainteresowanie silnikami napędzanych wodorem wznowiono w latach 70., wraz z pojawieniem się kryzysu paliwowego i energetycznego.
Pod koniec kryzysu naftowego zainteresowanie alternatywnych źródeł energii nie zniknęło. Obecnie, zwolennicy ochrony środowiska walczących o ograniczenie szkodliwych emisji do atmosfery są intensywnie ogrzewane przez niego. Ponadto stale rosnące ceny energii i dążenie wielu krajów do uzyskania niezależności paliwowej przyczyniły się do kontynuacji teoretycznych i praktycznych badań aplikacji wodorowych w pojazdach.
General Motors, Honda Motor, Ford Motor, BMW i inne są najbardziej aktywnymi badaniami nad rozwojem silników wodorowych.
Rodzaje i zasada działania silników napędzanych wodorem
Nowoczesny układ napędowy podzielony jest na dwa typy: silniki zasilane energią elektryczną z ogniw paliwowych i silniki spalinowe na wodór.
Systemy ogniw paliwowych
Zasada działania ogniw paliwowych opiera się na reakcji fizykochemicznej. W rzeczywistości, ogniwa paliwowe są jak baterie ołowiowo-kwasowe. Różnica polega na tym, że ogniwo paliwowe CNG jest znacznie wyższe od baterii i wynosi 45% lub więcej.
W ogniwie paliwowo-tlenowym instalowana jest membrana z tylko protonami. Rozdziela dwie komórki z elektrodami i anodą i tą. Wodór został wsadzony do komórki anodowej, a tlen znajduje się w komórce. Każda elektroda jest plata z katalizatorami, na przykład platyną. Wodór molekularny pod wpływem katalizatora powodowanego przez anodę traci elektrony. Protony wykonywane są przez membranę do katody, a katalizator podłączany jest do elektronów (przepływ elektronów z zewnątrz), w wyniku czego woda jest w stanie. Elektrony z komory anodowej trafiają do obwodu elektrycznego, który jest podłączony do silnika, czyli w języku domowym, powstaje prąd elektryczny i generowany jest silnik elektryczny.
Obecne próbki pojazdu ogniwa paliwowego są "Niva" z elektrownią "Antel-1" i "Lada 111" z "Antel-2" opracowane przez inżynierów Ural. Pierwszy samochód może być używany do jednego ładu 200 km, a drugi może być 350 kilometrów.
Wodór silnika spalinowego
W przypadku stosowania wodoru w konwencjonalnym silniku spalinowym powstaje szereg problemów. Po pierwsze, w wysokiej temperaturze i kompresji, wodór wchodzi w reakcję z metalem, z którego wykonany jest silnik, a nawet z olejem silnikowatym. Ponadto, w przypadku nawet lekkiego wycieku w kontakcie z kolektem wydechowym gorącego wydechu, nieuchronnie się zapalą. Tak przy okazji, wodór stosuje się w silnikach obrotowych, które mają być wylotową wylotową oddaleniem kolektora wydechowego, dzięki czemu możliwe jest oderwać się od ryzyka zapłonu. Jednak wszystkie te problemy, w tym konieczność zmiany układu zapłonu, są w ten czy inny sposób obchodzone, co pozwala inżynierom myśleć o wodorze jako paliwo-paliwo-fueler.
Wodór na wodór ma niższą wydajność niż silniki ogniw paliwowych, ale fakt, że mniej niż benzyna jest potrzebna do wytworzenia 1 kW energii wodorowej, dopuszcza się do akceptacji ze zmniejszoną wydajnością.
Dobrym przykładem samochodu napędzanego wodorem może być doświadczalny sedan BMW 750hL, produkowany przez limitowaną serię i dostępny dla klientów. Posiada 12-cylindrowy silnik działający na paliwo rakietowe (wodór + tlen) w celu rozproszenia do 140 km/h.
Wodór skroplony jest przechowywany w specjalnym zbiorniku w niskiej temperaturze. Zaopatrzenie w wodór jest oddalone o około 300 km. W przypadku użycia silnik automatycznie przełącza się na zasilanie z dodatkowego zbiornika paliwa. Cena BMW Hydrogen 7 jest porównywalna do wartości standardu 7 i wynosi około 93,000 zł.
Problemy i wyzwania związane z rozwojem silników napędzanych wodorem
Istnieje wiele przeszkód technologicznych i środowiskowych dla masywnego przejścia na wodór jako paliwo.
Produkcja paliwa wodorowego jest czterokrotnie droższa niż produkcja benzyny.
Proces pozyskiwania wodoru z wody jest nadal zbyt kosztowny. Dlatego też większość objętości jest obecnie wytwarzana z metanu. Transport i magazynowanie są związane z wysokimi kosztami.
W przypadku masywnych wdrożeń takich elektrowni wodór gwałtownie wzrasta w atmosferze, co może doprowadzić do wyczerpywania się warstwy ozonowej Ziemi, gdyż emisja wodoru emituje znacznie więcej tlenków azotu niż benzyna.
Poziom zwrotu komercyjnego takich elektrowni jest widoczny dopiero w dłuższej perspektywie.
Jednak dokładnie te same problemy miały miejsce w trakcie rozwoju silników benzynowych, elektrycznych i gazowych. Miał mieć nadzieję, że sytuacja zmieni się w ciągu 15-20 lat, a pojawienie się wodorowego samochodu na drogach stałoby się rutynowe.
