Motor de hidróxeno. Como funciona e desvantaxes

Os motores de combustión interna non apareceron como motores motrices separados de forma espectacular. Pola contra, o motor clásico xurdiu como resultado do perfeccionamento e mellora dos motores térmicos. Lea sobre como apareceu aos poucos a unidade, que estamos afeitos a ver baixo o capó dos coches. nun artigo separado.

Non obstante, cando apareceu o primeiro coche equipado cun motor de combustión interna, a humanidade recibiu un vehículo autopropulsado que non requiría unha alimentación constante, como un cabalo. Moitas cousas cambiaron nos motores desde 1885, pero un inconveniente segue sen cambiar. Durante a combustión dunha mestura de gasolina (ou outro combustible) e aire libéranse demasiadas substancias nocivas que contaminan o ambiente.

Se antes da chegada dos vehículos autopropulsados, os arquitectos dos países europeos temían que as grandes cidades afogasen no esterco de cabalo, hoxe os habitantes das megaciudades respiran aire sucio.

O reforzo das normas ambientais para o transporte obriga aos fabricantes de vehículos a desenvolver un sistema de propulsión máis limpo. Así, moitas empresas interesáronse pola tecnoloxía creada anteriormente por Anjos Jedlik, un carro autopropulsado de tracción eléctrica, que apareceu en 1828. E hoxe esta tecnoloxía consolidouse tanto no mundo do automóbil que non sorprenderá a ninguén cun coche eléctrico ou un híbrido.

Pero o realmente alentador son as centrais eléctricas, cuxo único lanzamento é auga potable. É un motor de hidróxeno.

Que é un motor de hidróxeno?

Este é un tipo de motor que usa hidróxeno como combustible. O uso deste elemento químico reducirá o esgotamento dos recursos de hidrocarburos. A segunda razón do interese por tales instalacións é a redución da contaminación ambiental.

Dependendo do tipo de motor que se empregará no transporte, o seu funcionamento diferirá do clásico motor de combustión interna ou será idéntico.

Breve historia

Os motores de combustión interna de hidróxeno apareceron no mesmo período no que se estaba desenvolvendo e mellorando o principio ICE. Un enxeñeiro e inventor francés deseñou a súa propia versión dun motor de combustión interna. O combustible que empregou no seu desenvolvemento é o hidróxeno, que aparece como resultado da electrólise de H₂R. En 1807 apareceu o primeiro coche de hidróxeno.

Isaac De Rivaz en 1807 presentou unha patente para o desenvolvemento dun tractor para material militar. como unha das unidades de potencia, suxeriu usar hidróxeno.

A unidade de potencia era de pistón e a ignición debíase á formación dunha faísca no cilindro. Certo, a primeira creación do inventor precisou a xeración manual de chispas. Despois de só dous anos, finalizou o seu traballo e naceu o primeiro vehículo de hidróxeno autopropulsado.

Non obstante, nese momento non se lle deu importancia ao desenvolvemento, porque o gas non é tan fácil de obter e almacenar como a gasolina. Os motores de hidróxeno usáronse practicamente en Leningrado durante o bloqueo da segunda metade de 1941. Aínda que debemos admitir que non se trataba exclusivamente de unidades de hidróxeno. Eran motores de combustión interna GAZ normais, pero non había combustible para eles, pero había moito gas naquel momento, xa que estaban alimentados por globos.

Na primeira metade dos anos oitenta, moitos países, non só europeos, senón tamén América, Rusia e Xapón, comprometéronse a experimentar con este tipo de instalacións. Así, en 80, co traballo conxunto da planta de Kvant e a empresa automobilística RAF, apareceu un motor combinado que funcionaba cunha mestura de hidróxeno e aire e utilizouse unha batería de 1982 kW / h como fonte de enerxía.

Desde entón, houbo intentos de diferentes países de introducir vehículos "verdes" nas súas liñas de modelos, pero na maioría dos casos estes coches permaneceron na categoría de prototipo ou tiñan unha edición moi limitada.

Como funciona

Dado que hoxe hai moitos motores desta categoría, a planta de hidróxeno funcionará segundo o seu propio principio en cada caso. Considere como funciona unha modificación que pode substituír ao clásico motor de combustión interna.

En tal motor, definitivamente utilizaranse pilas de combustible. Son unha especie de xeradores que activan unha reacción electroquímica. No interior do dispositivo, o hidróxeno oxídase e o resultado da reacción é a liberación de electricidade, vapor de auga e nitróxeno. Non se emite dióxido de carbono nunha instalación deste tipo.

Un vehículo baseado nunha unidade similar é o mesmo vehículo eléctrico, só a batería nela é moito menor. A pila de combustible xera enerxía suficiente para operar todos os sistemas do vehículo. A única advertencia é que, desde o inicio do proceso ata a xeración de enerxía, pode levar uns 2 minutos. Pero a potencia máxima da instalación comeza despois de que o sistema se quente, o que leva dun cuarto de hora a 60 minutos.

Para que a central non funcione en balde e non sexa necesario preparar o transporte para a viaxe con antelación, hai instalada unha batería convencional. Durante a condución, recárgase por recuperación e é necesario exclusivamente para arrancar un coche.

Un coche así está equipado cun cilindro de diferentes volumes, no que se bombea hidróxeno. Dependendo do modo de condución, do tamaño do coche e da potencia da instalación eléctrica, un quilogramo de gas pode ser suficiente para 100 quilómetros de viaxe.

Tipos de motores de hidróxeno

Aínda que hai varias modificacións dos motores de hidróxeno, todas se dividen en dous tipos:

• Tipo de unidade cunha pila de combustible;
• Motor de combustión interna modificado, adaptado para traballar sobre hidróxeno.

Consideremos cada tipo por separado: cales son as súas características.

Centrais eléctricas a base de pilas de combustible de hidróxeno

A pila de combustible baséase no principio dunha batería, na que ten lugar un proceso electroquímico. A única diferenza entre o análogo de hidróxeno é a súa maior eficiencia (nalgúns casos, máis do 45 por cento).

A pila de combustible é unha única cámara na que se colocan dous elementos: o cátodo e o ánodo. Os dous electrodos están recubertos de platino (ou paladio). Unha membrana está situada entre eles. Divide a cavidade en dúas cámaras. O osíxeno fornécese á cavidade co cátodo e o hidróxeno á segunda.

Como resultado, prodúcese unha reacción química, cuxo resultado é a combinación de moléculas de osíxeno e hidróxeno coa liberación de electricidade. Un efecto secundario do proceso é a liberación de auga e nitróxeno. Os electrodos da pila de combustible están conectados ao circuíto eléctrico do coche, incluído o motor eléctrico.

Motores de combustión interna de hidróxeno

Neste caso, aínda que o motor chámase hidróxeno, ten unha estrutura idéntica á dun ICE convencional. A única diferenza é que non arde gasolina ou propano, senón hidróxeno. Se enches un cilindro con hidróxeno, hai un problema: este gas reducirá a eficiencia dunha unidade convencional nun 60 por cento aproximadamente.

Aquí tes algúns outros problemas ao cambiar ao hidróxeno sen actualizar o motor:

• Cando se comprime o HTS, o gas entrará nunha reacción química co metal a partir do cal están fabricadas a cámara de combustión e o pistón, e moitas veces isto tamén pode ocorrer co aceite do motor. Debido a isto, fórmase outro composto na cámara de combustión, que non se diferencia nunha capacidade especial para queimar ben;
• Os ocos na cámara de combustión deben ser perfectos. Se nalgún lugar o sistema de combustible ten polo menos unha fuga mínima, o gas acenderase facilmente ao entrar en contacto con obxectos quentes.

Motor para Honda Clarity

Por estas razóns, é máis práctico usar hidróxeno como combustible en motores rotativos (cal é a súa característica, lea aquí). Os colectores de admisión e escape destas unidades están situados separadamente entre si, polo que o gas na entrada non se quenta. Sexa como for, mentres se modernizan os motores para evitar os problemas de usar combustible máis barato e máis respectuoso co medio ambiente.

Canto dura a vida útil das pilas de combustible?

Hoxe en día en todo o mundo, estes coches son moi raros e aínda non están na serie, é difícil dicir que recurso ten unha determinada fonte de enerxía. Os artesáns aínda non teñen experiencia neste sentido.

O único que se pode dicir é que, segundo as declaracións dos representantes de Toyota, a pila de combustible do seu coche de produción Mirai é capaz de xerar ininterrompidamente enerxía de ata 250 mil quilómetros. Despois deste fito, cómpre controlar a eficacia do dispositivo. Se o seu rendemento diminuíu notablemente, a pila de combustible cambia nun centro de servizo autorizado. Certo, cabe esperar que a empresa tome unha cantidade decente para este procedemento.

Que empresas fabrican ou van fabricar coches de hidróxeno?

Moitas empresas están implicadas no desenvolvemento dunha unidade de enerxía ecolóxica. Aquí están as marcas de automóbiles, na oficina de deseño das que xa hai opcións de traballo, listas para entrar en serie:

• Mercedes-Benz é un crossover de células F GLC, cuxo inicio de vendas anunciouse en 2018, pero ata o de agora só algunhas empresas e ministerios de Alemaña o adquiriron. Recentemente presentouse un prototipo de tractora con pila de combustible de hidróxeno, o GenH2;
• Prototipo Hyundai - Nexo introducido hai dous anos;
• BMW é un prototipo do hidróxeno Hydrogen 7, que saíu da liña de montaxe. Un lote de 100 copias permaneceu na fase experimental, pero isto xa é algo.

Entre os vehículos de stock que se poden mercar en América e Europa están os modelos Mirai e Clarity de Toyota e Honda, respectivamente. Para o resto das empresas, este desenvolvemento aínda está na versión de debuxo ou como prototipo que non funciona.

toyota mirai

Claridade Honda

Canto custa un coche con hidróxeno?

O custo dun coche de hidróxeno é decente. A razón disto son os metais preciosos que forman parte dos electrodos das pilas de combustible (paladio ou platino). Ademais, un coche moderno está equipado con innumerables sistemas de seguridade e estabilización do funcionamento dos elementos eléctricos, o que tamén require recursos materiais.

Aínda que o mantemento dun coche deste tipo (ata o momento no que se substitúen as pilas de combustible) non é moito máis caro que un coche común das últimas xeracións. Hai países que patrocinan a produción de hidróxeno, pero aínda con isto terás que pagar unha media de 11 dólares e medio por quilogramo de gas. Dependendo do tipo de motor, isto pode ser suficiente para unha distancia duns cen quilómetros.

Por que os coches de hidróxeno son mellores que os coches eléctricos?

Se tomas unha planta de hidróxeno con pilas de combustible, ese coche será idéntico ao eléctrico que estamos acostumados a ver nas estradas. A única diferenza é que o coche eléctrico se carga desde a rede ou desde unha terminal dunha gasolineira. O propio transporte de hidróxeno xera electricidade por si mesmo.

En canto ao custo destes coches, son máis caros. Por exemplo, os modelos Tesla na configuración básica custarán desde 45 mil dólares. Os análogos de hidróxeno de Xapón pódense mercar por 57 mil unidades. Os bávaros, en cambio, venden os seus coches con combustible "verde" a un prezo de 50 dólares.

Se temos en conta a práctica, é máis doado repostar o coche con gasolina (tardará uns cinco minutos) que esperar media hora (con carga rápida, que non está permitida para todo tipo de baterías) no aparcadoiro. Este é o plus das plantas de hidróxeno.

Outra vantaxe é que as pilas de combustible non precisan mantemento e a súa vida laboral é bastante grande. En canto aos vehículos eléctricos, a súa enorme batería requirirá a súa substitución nuns cinco anos debido a que ten moitos ciclos de carga e descarga. Nas xeadas, a batería dos vehículos eléctricos descárgase moito máis rápido que no verán. Pero o elemento da reacción da oxidación do hidróxeno non o sofre e produce electricidade de forma estable.

Cales son as perspectivas dos coches de hidróxeno e cando se verán na estrada?

En Europa e Estados Unidos xa se pode atopar o coche de hidróxeno. Non obstante, seguen na categoría de curiosidade. E hoxe hai poucas perspectivas.

A principal razón pola que este tipo de transporte non encherá pronto as estradas de todos os países é a falta de capacidades de produción. En primeiro lugar, é necesario establecer a produción de hidróxeno. Ademais, é necesario alcanzar un nivel que, ademais da compatibilidade co medio ambiente, sexa tamén combustible dispoñible para a maioría dos motoristas. Ademais da produción deste gas, é necesario organizar o seu transporte (aínda que para iso pode usar con seguridade as autoestradas polas que se transporta o metano), así como dotar a moitas estacións de servizo de terminais axeitados.

En segundo lugar, cada fabricante de automóbiles terá que modernizar seriamente as liñas de produción, o que require un investimento considerable. Nunha economía inestable debido ao estalido dunha epidemia mundial, poucos correrán eses riscos.

Se observas o ritmo de desenvolvemento do transporte eléctrico, o proceso de popularización tivo lugar moi rápido. Non obstante, a razón da popularidade dos coches eléctricos é a capacidade de aforrar combustible. E esta é a miúdo a primeira razón pola que se compran, e non por mor de preservar o medio ambiente. No caso do hidróxeno, non será posible aforrar cartos (polo menos agora), porque se gastan moitos máis recursos enerxéticos para producilo.

Pros e principais inconvenientes dos motores de hidróxeno

Entón, resumamos. As vantaxes dos motores alimentados con hidróxeno inclúen os seguintes factores:

• Emisión ecolóxica;
• Funcionamento silencioso da unidade de potencia (tracción eléctrica);
• No caso de utilizar unha pila de combustible, non é necesario un mantemento frecuente;
• Repostaxe rápida;
• En comparación cos vehículos eléctricos, o sistema de propulsión e a fonte de enerxía funcionan de xeito máis estable incluso a temperaturas xeadas.

Aínda que o desenvolvemento non se pode chamar novidade, non obstante, aínda ten unha serie de deficiencias que inducen ao motorista medio a miralo con precaución. Aquí están algúns deles:

• Para que o hidróxeno prenda, debe estar en estado gasoso. Isto xera certas dificultades. Por exemplo, necesítanse compresores especiais caros para comprimir gases lixeiros. Tamén hai un problema co correcto almacenamento e transporte do combustible, xa que é moi inflamable;
• O cilindro, que se instalará no coche, deberá revisarse periódicamente. Para iso, o motorista terá que visitar un centro especializado, e isto supón un custo adicional;
• Nun coche de hidróxeno non se usa unha enorme batería, con todo, a instalación aínda pesa decentemente, o que afecta significativamente ás características dinámicas do vehículo;
• Hidróxeno: acende coa menor chispa, polo que un accidente que implique un coche deste tipo irá acompañado dunha grave explosión. Dada a actitude irresponsable dalgúns condutores ante a súa propia seguridade e a vida doutros usuarios da vía, estes vehículos aínda non deben liberarse ás estradas.

Dado o interese da humanidade por un ambiente máis limpo, podemos esperar que se faga un avance no tema da finalización do transporte "verde". Pero cando isto suceda, só o tempo o dirá.

Mentres tanto, mire a reseña de vídeo do Toyota Mirai:

Futuro do hidróxeno? Toyota Mirai - REVISIÓN COMPLETA e especificacións | LiveFEED®

Preguntas e respostas:

Por que é perigoso un motor de hidróxeno? Durante a combustión da mestura de hidróxeno, o motor quéntase máis que durante a combustión da gasolina. Como resultado, hai unha alta probabilidade de queimado de pistóns, válvulas e sobrecarga da unidade.

Como repostar un coche de hidróxeno? Este coche é alimentado con hidróxeno en estado gasoso (gas licuado ou comprimido). Para almacenar combustible, comprímese a 350-700 atmosferas e a temperatura pode alcanzar -259 graos.

Como funciona un motor de combustión interna de hidróxeno? O coche está equipado cunha especie de batería. O osíxeno e o hidróxeno pasan por placas especiais. O resultado é unha reacción química coa liberación de vapor de auga e electricidade.