Motor de hidróxeno 4JM
Contido
Na procura de novas fontes de enerxía máis baratas para o transporte, o pensamento humano xurdiu a idea de utilizar o hidróxeno como combustible para reabastecer os vehículos de rodas. A pesar de que a idea non é nova (o primeiro motor de combustión interna de hidróxeno foi creado en 1806 polo francés Francois De Rivas), os enxeñeiros chegaron ao uso industrial do gas máis lixeiro en pilas de combustible, motores de combustión interna e motores de turbina de gas só. a principios do novo século XXI.
Como funciona un motor de hidróxeno
O principal motivo da busca dunha nova fonte de enerxía para os motores dos automóbiles foi a urxente necesidade de reducir as emisións nocivas. As tecnoloxías modernas para limpar o combustible gastado poden reducir as emisións a centos de gramos por quilómetro. Pero a situación vese agravada polo crecemento incontrolado do número de coches nas estradas: o aumento do fluxo dos coches nivela a calidade das tecnoloxías modernas para eliminar a mestura de osíxeno e carbono.
A dirección máis prometedora no desenvolvemento da tecnoloxía do hidróxeno é o uso de pilas de combustible. Son capaces de producir electricidade, situada directamente a bordo do vehículo. Entre outros, enxeñeiros da corporación automovilística xaponesa Toyota Motor Corporation están a desenvolver un motor híbrido de hidróxeno. En 2014, baixo este apareceu o primeiro coche de hidróxeno producido en masa do mundo - Mirai (traducido do xaponés - "futuro").
A central eléctrica Toyota Mirai é híbrida, inclúe tres compoñentes:
- pila de pilas de combustible TFCS;
- cilindros de hidróxeno de alta presión;
- convertidor de impulso.
A batería é capaz de producir 114 kW de potencia, o que equivale a 155 CV DIN. A potencia específica da batería TFCS (3,1 kW / l) é máis de 2 veces maior que a primeira opción desenvolvida polos enxeñeiros de Toyota: vantaxe FCHV.
4JM é o mellor motor de hidróxeno do mundo
Nótese que a reacción química para xerar enerxía eléctrica prodúcese sen combustión, aumentando así a compatibilidade ambiental dun motor eléctrico xa absolutamente "limpo". A conversión de enerxía no motor 4JM é 83% eficiente. O motor está equipado cunha batería secundaria de níquel-cadmio en forma de batería de 21 kW.
4JM é un motor de CA síncrono. Durante a freada rexenerativa, a batería almacena a electricidade devolta á rede, que é xerada polo motor de tracción en modo xerador.
Coa axuda dun conversor, a tensión obtida nos elementos aumenta a 650 V. Isto é necesario para reducir os parámetros xeométricos do motor eléctrico e o número de pilas de combustible, para encaixar de forma compacta os compoñentes do sistema dentro do coche. A corrente continua convértese en corrente alterna mediante un inversor. No proceso de recarga de combustible, o hidróxeno é bombeado ao tanque a través dun sistema de filtración de carbón. Ao moverse polas tomas de aire, o aire da atmosfera entra na batería.
Comeza unha reacción química co hidróxeno, cuxo resultado é a produción de enerxía eléctrica. Cando preme o acelerador, entrégase desde a batería ao motor. Os expertos en química determinarán inmediatamente que o único subproduto desta cadea é a auga formada como resultado dunha reacción química. A súa eliminación realízase a través do tubo de escape.
A localización da batería e dos cilindros de hidróxeno de alta presión no centro da máquina, xunto coa configuración óptima do motor eléctrico, proporcionan unha xestión óptima da enerxía. O resultado é unha máquina que responde máis ás entradas do condutor a calquera velocidade, proporcionando máis par e unha aceleración máis suave. Na orde inversa, prodúcese o procedemento de freada.
A xeometría da máquina está deseñada de forma que proporcione o centro de gravidade máis baixo posible, unha distribución óptima do peso das partes dianteiras e traseiras do corpo e a máxima rixidez global da estrutura.
O número de tanques de hidróxeno é de 2 (60 e 62,4 litros, respectivamente). O gas almacénase neles a unha presión de 70 MPa. A masa máxima de hidróxeno bombeada no tanque durante 3 minutos é de 5 kg. Isto permítelle conducir ata 650 quilómetros nunha gasolineira, desenvolvendo unha velocidade máxima de 175 km/h.
Está todo tan sen nubes na tecnoloxía do hidróxeno
A vida útil dunha pila de combustible que funciona con hidróxeno é de ata 10 anos. Non hai ruídos e vibracións característicos dos motores de combustión interna no funcionamento do motor. Os motores son absolutamente limpos dende o punto de vista ambiental. Non obstante, as críticas á investigación do transporte alimentado con hidróxeno son amplas. Os apologistas das fontes de enerxía tradicionais para vehículos de rodas e os desenvolvedores de motores eléctricos convencionais impulsan o hidróxeno, sinalando unha serie de problemas insolubles no campo da infraestrutura e da tecnoloxía.
Os críticos do transporte de hidróxeno sinalan a falta de estándares na produción, almacenamento, movemento e uso do hidróxeno. Un volume importante de depósitos de combustible para viaxes longas reduce a capacidade do habitáculo e do maleteiro. Existen factores puramente tecnolóxicos asociados ao perigo dunha manipulación inadecuada dos equipos de almacenamento e inxección de hidróxeno. É extremadamente volátil: a menor brecha no deseño de tanques e sistemas de subministración de hidróxeno ao lugar dunha reacción química pode levar ao recheo pechado do interior do coche e á ignición.
En definitiva, hai bastantes problemas que resolver no camiño cara ao uso masivo seguro e económico do hidróxeno para repostar os vehículos. A pregunta principal é se os propietarios das corporacións de automóbiles están preparados para investir moito no desenvolvemento de novas infraestruturas, máis investigación teórica e desenvolvemento práctico. De feito, hoxe en día o reabastecemento de vehículos na estrada (é dicir, sen visitar gasolineiras especiais) é imposible.
O diñeiro é a base de todo
O principal "menos" é a complexidade do proceso de produción dunha cantidade tan grande de hidróxeno, que será necesario durante a transferencia masiva de coches a un novo combustible. Hoxe en día é caro producir hidróxeno, tanto a partir do gas natural como por electrólise. Así, o custo da quilometraxe nun coche cun motor de hidróxeno é moito máis caro que en gasolina ou diésel.
Nestes momentos, repostando 120 litros de hidróxeno nun par de depósitos de alta presión, os propietarios dos coches teñen que desembolsar 960 euros. É moi caro en comparación coa gasolina ou o gasóleo. Non todos os residentes medios dos países desenvolvidos de Europa, Asia ou América poden permitirse o luxo de comprar un coche deste tipo e moverse constantemente por el, chegando a "fins" considerables. Ata agora, Toyota Mirai é unha copia cara para a recollida de coches, ou un vehículo para bolsas de diñeiro que non están afeitas a contar cartos.
Unha solución parcial ao problema podería ser un motor híbrido, no que o segundo combustible é a gasolina ou o gasóleo tradicional. Para realizar tal axuste manualmente, cómpre instalar unha batería de arranque, BSU, cilindros de hidróxeno e osíxeno. Parte eléctrica da sintonía:
- xerador electroquímico (ECG);
- motor eléctrico;
- batería de arranque.
A materia prima para producir hidróxeno é auga potable vertida nun tanque para a electrólise. A fonte de enerxía é un xerador. O gas prodúcese nunha pequena cantidade, despois envíase ao colector de admisión do motor de combustión interna. Alí mestúrase o hidróxeno coa gasolina e despois quéimase. Non obstante, o consumo de enerxía para a produción de hidróxeno no camiño, e a súa cantidade non nos permiten falar da eficiencia destas instalacións.
A pesar de que os coches con instalacións híbridas sobre hidróxeno e motores eléctricos son os máis próximos en deseño, filosofía de uso e tecnoloxía aos vehículos eléctricos convencionais, os defensores deste último son os principais críticos da nova fonte de enerxía. Ao parecer, no futuro, os custos de resolver todos os problemas serán insignificantes en comparación cos ingresos das vendas de coches de hidróxeno. Se, por suposto, todos os obstáculos poden ser superados.
