Silnik wodorowy: cechy, zalety i wady

Treść artykułu:

• Trochę historii
• Znak rozpoznawczy silników wodorowych
• Główne zalety i wady silników wodorowych
• Najpopularniejsze samochody z silnikiem spalinowym wodorowym

„Wodór to paliwo przyszłości” – z tym przesłaniem wprowadzane są wodorowe ICE do branży transportowej i lotniczej.

To nie przypadek, że wodór zajmuje wiodącą pozycję wśród wszystkich innych alternatywnych źródeł energii - jest jak najbardziej przyjazny dla środowiska, posiada surowiec odnawialny, a także ma najwyższą sprawność w porównaniu z klasycznymi silnikami napędzanymi benzyną i olejem napędowym.

Jednak oprócz niezaprzeczalnych zalet, silnik wodorowy ma również szereg wad, które nie pozwalają jeszcze uczynić go masywnym i całkowicie zastąpić „szkodliwe” silniki benzynowe i wysokoprężne.

Trochę historii

Ludzkość dość niedawno zaczęła myśleć o potrzebie ochrony środowiska, ale naukowcy znacznie wcześniej zaczęli myśleć o zastąpieniu konwencjonalnego silnika spalinowego.

Tak więc z ręki naukowca François Isaaca de Rivaza, pochodzącego z Francji, pierwszy silnik wodorowy został wyprodukowany w 1806 roku. W 1841 roku Wielka Brytania otrzymała pierwszą umowę patentową na produkcję silnika wodorowego, a w 1852 roku niemieccy naukowcy byli w stanie stworzyć silnik spalinowy działający na mieszance powietrzno-wodorowej.

Jednak plany wprowadzenia silników wodorowych zostały udaremnione przez silniki benzynowe, które rozpowszechniły się po 1870 roku.

Przypomnieli sobie wodór jako paliwo alternatywne dopiero w 1941 roku w oblężonym Leningradzie. Następnie radziecki technik B. Shelishch użył „koktajlu” powietrzno-wodorowego do wystrzelenia balonów zaporowych.

Potem znowu zapomniano o wodorze, aż w latach 70. do drzwi zapukał światowy kryzys paliwowy. Pod koniec lat 70. producent samochodów BMW wypuścił swój pierwszy samochód na wodór, a za jego przykładem poszły inne firmy, w tym amerykański General Motors i Ford, japońska Honda i inne.

Niemniej jednak, gdy tylko kryzys ustąpił, zainteresowanie wodorem jako źródłem energii ponownie osłabło. A teraz, dekady później, ludzkość ponownie przypomniała sobie o swoim istnieniu, czemu sprzyjała nie tylko aktywizacja ekologów, ale także wzrost cen paliw.

Znak rozpoznawczy silników wodorowych

Strukturalnie silnik wodorowy niewiele różni się od standardowego silnika spalinowego. Zawiera również tłoki, komorę spalania i mechanizm korbowo-korbowy. Więc jaka jest różnica?

Faktem jest, że silniki wodorowe wykorzystują inną metodę dostarczania mieszanki paliwowej i jej późniejsze spalanie. Ponadto spalanie wodoru trwa znacznie krócej niż w przypadku paliw ropopochodnych. Różnice są nieznaczne i na pierwszy rzut oka może się wydawać, że przekształcenie konwencjonalnego ICE w wodorowy nie jest trudne, ale tak nie jest.

Szereg problemów z użytkowaniem silnika wodorowego:

1. Wodór jest trudny do uzyskania. Nie jest tajemnicą, że jest zawarty w wodzie i jest słusznie uważany za najbardziej rozpowszechniony pierwiastek chemiczny na świecie, chociaż praktycznie nie jest reprezentowany w czystej postaci. Oznacza to, że samochód musi być wyposażony w specjalną instalację typu zamkniętego – elektrolizer, który odpowiada za rozdzielanie wody i umożliwia produkcję wodoru. Jednak w praktyce taka instalacja jest trudna do wykonania, co znacznie wpływa na jej ostateczny koszt.
2. Ze względu na wysoką temperaturę sprężania wodór łatwo reaguje z różnymi metalowymi elementami elektrowni, a nawet z olejem silnikowym.
3. Nawet niewielki wyciek wodoru w kontakcie z rozgrzanym kolektorem spowoduje pożar. Dlatego dziś przy tworzeniu silników wodorowych stosuje się wyłącznie elektrownie rotacyjne, które zmniejszają ryzyko pożaru ze względu na większą odległość między kolektorami dolotowym i wydechowym.

Mimo to większość problemów została dotychczas rozwiązana nie tylko na instalacjach obrotowych, ale także w silnikach wykorzystujących mechanizmy tłokowe, co sprawia, że ​​wodór pozostaje najbardziej obiecującym zamiennikiem benzyny/diesla.

Główne zalety i wady silników wodorowych

Główne zalety silników wodorowych:

• wysoki poziom przyjazności dla środowiska, ponieważ produktem jego spalania jest para wodna. Gdy wypala się wodór, spala się również olej silnikowy, jednak ilość toksycznych spalin jest kilkakrotnie mniejsza niż w przypadku spalania benzyny lub „ciężkiego” paliwa;
• wysoka sprawność, kilkukrotnie wyższa niż w klasycznych elektrowniach pracujących na oleju napędowym lub benzynie;
• względna prostota konstrukcji, a także brak drogich i zawodnych systemów zasilania paliwem, które również są niebezpieczne;
• ciche funkcjonowanie.

Pomimo wielu istotnych zalet silniki wodorowe mają wystarczającą liczbę wad:

• wysoka cena i złożoność otrzymywania czystego wodoru;
• słabo rozwinięta infrastruktura stacji paliw z możliwością tankowania wodorem;
• brak międzynarodowych norm dotyczących transportu i użytkowania paliwa wodorowego;
• wysokie koszty komponentów paliwowych i konserwacji silników wodorowych;
• trudności związane z przechowywaniem paliwa wodorowego. Naukowcy wciąż nie doszli do wspólnego mianownika, jeśli chodzi o materiał, który musi być użyty do produkcji zbiorników do przechowywania wodoru palnego;
• wzrost całkowitej masy samochodu ze względu na obecność silnika wodorowego, który jest zauważalnie cięższy niż obecnie rozpowszechnione silniki benzynowe i wysokoprężne.

Ponadto butle z wodorem muszą być regularnie sprawdzane i certyfikowane, co może wykonać wyłącznie wykwalifikowany i licencjonowany technik.

Najpopularniejsze samochody z silnikiem spalinowym wodorowym

na zdjęciu: Riversimple Rasa

Pomimo tego, że naukowcy wciąż zastanawiają się nad bieżącymi problemami związanymi z użytkowaniem silników wodorowych, liczba samochodów napędzanych wodorem wciąż rośnie. Najbardziej znane samochody napędzane wodorem to:

1. Toyota Mirai FCV - samochód po raz pierwszy zadebiutował w 2013 roku, ale trafił do sprzedaży dopiero w 2015 roku. Dostępne w nim cylindry zapewniały „zasięg” około 500 km.
2. BMW 750hL, którego wersja koncepcyjna została pokazana w 2000 roku. Pojazd wyposażony jest w specjalny zbiornik na wodór, którego zapas wystarcza na pokonanie 300 km.
3. Honda Clarity to kolejny samochód wykorzystujący wodór zamiast klasycznego paliwa. Głównymi zaletami modelu są jego spektakularny wygląd oraz imponująca jak na standardy samochodów wodorowych rezerwa chodu wynosząca 589 km.
4. Riversimple Rasa to mały samochód na wodór pochodzący z Wielkiej Brytanii. Jego główną cechą była niewielka waga (nieco ponad 500 kg) i imponująca rezerwa chodu – około 500 km.

Ponadto producenci nadal prezentują samochody koncepcyjne na wodór, w tym Audi H-tron Quattro, wodorowy Mercedes GLC, ciężarówkę Nikola One firmy Nikola Motor, supersamochód H2 Speed ​​z domu projektowego Pininfarina i wiele innych.

Wniosek

Pomimo wielu wad, wodór może stać się najbardziej obiecującym źródłem czystej energii na najbliższe 30-40 lat. Wystarczy znaleźć skuteczną metodę produkcji wodoru i opracować infrastrukturę do jego dostarczania konsumentowi końcowemu, a wtedy ludzkość na zawsze zapomni nie tylko o paliwie, ale także o kryzysie ekologicznym.