Ūdeņraža dzinējs: īpašības, priekšrocības un trūkumi

Raksta saturs:

• Nedaudz vēstures
• Ūdeņraža dzinēju pazīme
• Ūdeņraža motoru galvenie plusi un mīnusi
• Populārākās automašīnas ar ūdeņraža iekšdedzes dzinēju

"Ūdeņradis ir nākotnes degviela" - tieši ar šo vēstījumu ūdeņraža ICE tiek ieviesti transporta un aviācijas nozarē.

Nav nejaušība, ka ūdeņradis ieņem vadošo pozīciju starp visiem citiem alternatīvās enerģijas avotiem - tas ir pēc iespējas videi draudzīgāks, tam ir atjaunojami resursi, un tam ir arī augstākā efektivitāte salīdzinājumā ar klasiskajiem dzinējiem, kas darbojas ar benzīnu un dīzeļdegvielu.

Tomēr papildus nenoliedzamām priekšrocībām ūdeņraža dzinējam ir arī vairāki trūkumi, kas vēl neļauj to padarīt masīvu un pilnībā aizstāt "kaitīgos" benzīna un dīzeļdzinējus.

Nedaudz vēstures

Cilvēce par vides saglabāšanas nepieciešamību sāka domāt pavisam nesen, bet zinātnieki par parastā iekšdedzes dzinēja nomaiņu sāka domāt daudz agrāk.

Tātad no Francijas dzimtā zinātnieka Fransuā Īzaka de Rivaza rokas pirmais ūdeņraža dzinējs tika ražots 1806. gadā. 1841. gadā Lielbritānija saņēma pirmo patenta līgumu par ūdeņraža dzinēja ražošanu, un 1852. gadā vācu zinātnieki tika spēj izveidot iekšdedzes dzinēju, kas darbojas ar gaisa un ūdeņraža maisījumu.

Tomēr ūdeņraža dzinēju ieviešanas plānus izjauca benzīna dzinēji, kas kļuva plaši izplatīti pēc 1870. gada.

Ūdeņradi kā alternatīvu degvielu viņi atcerējās tikai 1941. gadā aplenktajā Ļeņingradā. Tad padomju tehniķis B. Šelišs izmantoja gaisa-ūdeņraža "kokteili", lai palaistu aizsprostojuma balonus.

Tad ūdeņradis atkal tika aizmirsts, līdz septiņdesmitajos gados pie durvīm klauvēja pasaules degvielas krīze. 70. gadu beigās BMW autoražotājs izlaida savu pirmo automašīnu, kas darbojās ar ūdeņradi, un tad tam sekoja citi uzņēmumi, tostarp amerikāņu General Motors un Ford, japāņu Honda un citi.

Tomēr, tiklīdz krīze norima, interese par ūdeņradi kā enerģijas avotu atkal izgaisa. Un tagad, gadu desmitiem vēlāk, cilvēce atkal atcerējās savu eksistenci, ko veicināja ne tikai vides aizstāvju aktivizēšanās, bet arī degvielas cenu kāpums.

Ūdeņraža dzinēju pazīme

Strukturāli ūdeņraža dzinējs daudz neatšķiras no standarta iekšdedzes dzinēja. Tajā ir arī virzuļi, sadegšanas kamera un savienojošā stieņa-kloķa mehānisms. Tātad, kāda ir atšķirība?

Fakts ir tāds, ka ūdeņraža dzinēji izmanto citu degvielas maisījuma piegādes un tā turpmākās sadedzināšanas metodi. Turklāt ūdeņraža sadedzināšana aizņem daudz mazāk laika nekā degvielas, kuras pamatā ir nafta. Atšķirības ir nenozīmīgas, un no pirmā acu uzmetiena var šķist, ka nav grūti pārvērst parasto ICE par ūdeņradi, taču tas tā nav.

Vairākas problēmas ar ūdeņraža dzinēja izmantošanu:

1. Ūdeņradi ir grūti iegūt. Nav noslēpums, ka tas ir ūdenī un pamatoti tiek uzskatīts par visizplatītāko ķīmisko elementu pasaulē, lai gan tīrā veidā tas praktiski nav pārstāvēts. Tas nozīmē, ka automašīnai jābūt aprīkotai ar īpašu slēgta tipa instalāciju - elektrolizatoru, kas ir atbildīgs par ūdens sadalīšanu un ļauj ražot ūdeņradi. Tomēr praksē šādu iekārtu ir grūti izgatavot, kas lielā mērā ietekmē tās galīgās izmaksas.
2. Augstās saspiešanas temperatūras dēļ ūdeņradis viegli reaģē ar dažādiem spēkstacijas metāla elementiem un pat ar motoreļļu.
3. Pat neliela ūdeņraža noplūde, saskaroties ar apsildāmu kolektoru, izraisīs ugunsgrēku. Tāpēc šodien, veidojot ūdeņraža motorus, tiek izmantotas tikai rotācijas spēkstacijas, jo tās samazina ugunsgrēka risku, jo ir lielāks attālums starp ieplūdes un izplūdes kolektoriem.

Neskatoties uz to, lielākā daļa problēmu līdz šim ir atrisinātas ne tikai rotācijas iekārtās, bet arī dzinējos, kuros tiek izmantoti virzuļmehānismi, kas ļauj ūdeņradim palikt par daudzsološāko benzīna / dīzeļdegvielas aizstājēju.

Ūdeņraža motoru galvenie plusi un mīnusi

Galvenās ūdeņraža dzinēju priekšrocības:

• augsta videi draudzīguma pakāpe, jo ūdens tvaiki ir tā sadegšanas produkts. Izdegot ūdeņradim, izdeg arī motoreļļa, tomēr toksisko izplūdes gāzu daudzums ir vairākas reizes mazāks nekā tad, kad tiek sadedzināts benzīns vai "smagā" degviela;
• augsta efektivitāte, kas ir vairākas reizes augstāka nekā klasiskajās spēkstacijās, kas darbojas ar dīzeļdegvielu vai benzīna degvielu;
• relatīvā strukturālā vienkāršība, kā arī dārgu un neuzticamu degvielas padeves sistēmu trūkums, kas arī ir bīstami;
• bez trokšņa.

Neskatoties uz vairākām nozīmīgām priekšrocībām, ūdeņraža motoriem ir pietiekami daudz trūkumu:

• augsta cena un tīra ūdeņraža iegūšanas sarežģītība;
• neattīstīta degvielas uzpildes staciju infrastruktūra, kas spēj uzpildīt degvielu ar ūdeņradi;
• starptautisku standartu trūkums ūdeņraža degvielas transportēšanai un lietošanai;
• augstas degvielas sastāvdaļu izmaksas un ūdeņraža dzinēju apkope;
• grūtības, kas saistītas ar ūdeņraža degvielas uzglabāšanu. Zinātnieki joprojām nav nonākuši pie kopsaucēja attiecībā uz materiālu, kas jāizmanto tvertņu ražošanā degoša ūdeņraža uzglabāšanai;
• automašīnas kopējās masas pieaugums ūdeņraža dzinēja klātbūtnes dēļ, kas ir ievērojami smagāks nekā šobrīd plaši izplatītie benzīna un dīzeļdzinēji.

Turklāt ūdeņraža baloni ir regulāri jāpārbauda un jāsertificē, un to var veikt tikai kvalificēti un licencēti tehniķi.

Populārākās automašīnas ar ūdeņraža iekšdedzes dzinēju

Fotogrāfijā: Riversimple Rasa

Neskatoties uz to, ka zinātnieki turpina šaubīties par pašreizējām problēmām, kas saistītas ar ūdeņraža dzinēju izmantošanu, ar ūdeņradi darbināmo automašīnu skaits turpina pieaugt. Slavenākās ar ūdeņradi darbināmas automašīnas ir:

1. Toyota Mirai FCV - automašīna pirmo reizi debitēja 2013. gadā, bet pārdošanā nonāca tikai 2015. gadā. Tajā pieejamie cilindri nodrošināja aptuveni 500 km "darbības rādiusu".
2. BMW 750hL, kura konceptuālā versija tika parādīta jau 2000. gadā. Automašīna ir aprīkota ar īpašu ūdeņraža tvertni, kuras rezerve ir pietiekama, lai veiktu 300 km distanci.
3. Honda Clarity ir vēl viena automašīna, kurā klasiskās degvielas vietā tiek izmantots ūdeņradis. Modeļa galvenās priekšrocības ir tā iespaidīgais izskats un iespaidīgā ūdeņraža automašīnu standartu ziņā jaudas rezerve 589 km.
4. Riversimple Rasa ir maza ūdeņraža automašīna, kas sākotnēji tika iegūta no Apvienotās Karalistes. Tās galvenā iezīme bija mazais svars (nedaudz virs 500 kg) un iespaidīga jaudas rezerve - aptuveni 500 km.

Turklāt ražotāji turpina prezentēt ūdeņraža konceptauto, tostarp Audi H-tron Quattro, ūdeņraža Mercedes GLC, Nikola One kravas automašīnu no Nikola Motor, superauto H2 Speed ​​no Pininfarina dizaina mājas un daudzus citus.

Secinājums

Neskatoties uz vairākiem trūkumiem, ūdeņradis nākamajos 30–40 gados var kļūt par daudzsološāko tīras enerģijas avotu. Mums vienkārši jāatrod efektīva metode ūdeņraža ražošanai un jāizstrādā infrastruktūra tā piegādei galapatērētājam, un tad cilvēce uz visiem laikiem aizmirsīs ne tikai degvielu, bet arī vides krīzi.