Injini ya hidrojeni. Jinsi inavyofanya kazi na hasara

Injini za mwako wa ndani hazikuonekana kama nguvu tofauti tofauti. Badala yake, motor classic ilikuja kama matokeo ya uboreshaji na uboreshaji wa injini za joto. Soma juu ya jinsi kitengo, ambacho tumezoea kuona chini ya kofia ya magari, kilionekana pole pole. katika nakala tofauti.

Walakini, wakati gari la kwanza lililo na injini ya mwako wa ndani lilipoonekana, wanadamu walipokea gari la kujiendesha ambalo halikuhitaji kulishwa kila wakati, kama farasi. Vitu vingi vimebadilika katika motors tangu 1885, lakini kikwazo kimoja bado hakijabadilika. Wakati wa mwako wa mchanganyiko wa petroli (au mafuta mengine) na hewa, vitu vingi vyenye hatari hutolewa ambavyo vinachafua mazingira.

Ikiwa kabla ya ujio wa magari ya kujisukuma, wasanifu wa nchi za Uropa waliogopa kwamba miji mikubwa itazama kwenye mavi ya farasi, leo wakaazi wa megalopolises wanapumua hewa chafu.

Kuimarisha viwango vya mazingira kwa usafirishaji kunalazimisha watengenezaji wa gari kutengeneza nguvu safi ya nguvu. Kwa hivyo, kampuni nyingi zilivutiwa na teknolojia iliyoundwa hapo awali ya Anjos Jedlik - gari la kujisukuma mwenyewe kwenye traction ya umeme, ambayo ilionekana nyuma mnamo 1828. Na leo teknolojia hii imekuwa imara sana katika ulimwengu wa magari hivi kwamba hautashangaza mtu yeyote aliye na gari la umeme au mseto.

Lakini kinachotia moyo ni mimea ya umeme, kutolewa tu ambayo ni maji ya kunywa. Ni injini ya haidrojeni.

Injini ya hidrojeni ni nini?

Hii ni aina ya injini inayotumia haidrojeni kama mafuta. Matumizi ya kipengele hiki cha kemikali itapunguza kupungua kwa rasilimali ya hydrocarbon. Sababu ya pili ya kupendezwa na mitambo kama hiyo ni kupunguza uchafuzi wa mazingira.

Kulingana na aina gani ya gari itatumika katika usafirishaji, operesheni yake itatofautiana na injini ya mwako wa ndani ya kawaida au inafanana.

Historia fupi

Injini za mwako wa hidrojeni zilionekana katika kipindi hicho hicho wakati kanuni ya ICE ilipokuwa ikitengenezwa na kuboreshwa. Mhandisi na mvumbuzi wa Ufaransa aliunda toleo lake la injini ya mwako wa ndani. Mafuta ambayo alitumia katika ukuzaji wake ni haidrojeni, ambayo inaonekana kama matokeo ya electrolysis ya H₂A. Mnamo 1807, gari la kwanza la haidrojeni lilionekana.

Isaac De Rivaz mnamo 1807 aliwasilisha hati miliki ya ukuzaji wa trekta ya vifaa vya jeshi. kama moja ya vitengo vya umeme, alipendekeza kutumia haidrojeni.

Kitengo cha nguvu kilikuwa pistoni, na mwako ndani yake ulitokana na kuunda cheche kwenye silinda. Ukweli, uumbaji wa kwanza wa mvumbuzi ulihitaji kizazi cha mwangaza. Baada ya miaka miwili tu, alimaliza kazi yake, na gari la kwanza la hydrogen lilizunguka.

Walakini, wakati huo, maendeleo hayakupewa umuhimu, kwa sababu gesi sio rahisi kupata na kuhifadhi kama petroli. Magari ya haidrojeni yalitumika huko Leningrad wakati wa kizuizi kutoka nusu ya pili ya 1941. Ingawa, lazima tukubali kwamba hizi hazikuwa vitengo vya hidrojeni peke yake. Hizi zilikuwa injini za kawaida za mwako wa GAZ, lakini hakukuwa na mafuta kwao, lakini kulikuwa na gesi nyingi wakati huo, kwani zilichochewa na baluni.

Katika nusu ya kwanza ya miaka ya 80, nchi nyingi, sio Ulaya tu, bali pia Amerika, Urusi na Japani, zilifanya majaribio ya aina hii ya usanikishaji. Kwa hivyo, mnamo 1982, pamoja na kazi ya pamoja ya mmea wa Kvant na biashara ya gari ya RAF, gari iliyojumuishwa ilionekana, ambayo ilitumia mchanganyiko wa haidrojeni na hewa, na betri ya 5 kW / h ilitumika kama chanzo cha nishati.

Tangu wakati huo, nchi anuwai zimefanya majaribio ya kuingiza magari "ya kijani" katika laini zao za mfano, lakini katika hali nyingi magari kama hayo yalibaki katika jamii ya mfano au yalikuwa na toleo ndogo sana.

Jinsi kazi

Kwa kuwa leo kuna gari nyingi za kufanya kazi za jamii hii, kwa kila kesi mmea wa hidrojeni utafanya kazi kulingana na kanuni yake. Fikiria jinsi muundo mmoja unavyofanya kazi ambao unaweza kuchukua nafasi ya injini ya mwako ya ndani ya kawaida.

Katika gari kama hilo, seli za mafuta zitatumika. Wao ni aina ya jenereta ambazo zinaamsha athari ya umeme. Ndani ya kifaa, hidrojeni imeoksidishwa, na matokeo ya athari ni kutolewa kwa umeme, mvuke wa maji na nitrojeni. Dioksidi kaboni haitoi kwenye ufungaji kama huo.

Gari kulingana na kitengo sawa ni gari lile lile la umeme, betri tu ndani yake ni ndogo sana. Kiini cha mafuta hutengeneza nishati ya kutosha kuendesha mifumo yote ya gari. Tahadhari tu ni kwamba tangu mwanzo wa mchakato hadi kizazi cha nishati, inaweza kuchukua kama dakika 2. Lakini kiwango cha juu cha usakinishaji huanza baada ya mfumo joto, ambayo inachukua kutoka robo ya saa hadi dakika 60.

Ili mmea wa umeme usifanye kazi bure, na sio lazima kuandaa usafirishaji wa safari mapema, betri ya kawaida imewekwa ndani yake. Wakati wa kuendesha, huchajiwa tena kwa sababu ya kupona, na inahitajika peke kwa kuanza gari.

Gari kama hiyo ina vifaa vya silinda ya ujazo tofauti, ambayo haidrojeni hupigwa. Kulingana na hali ya kuendesha, saizi ya gari na nguvu ya usanidi wa umeme, kilo moja ya gesi inaweza kuwa ya kutosha kwa kilomita 100 za kusafiri.

Aina za injini za haidrojeni

Ingawa kuna marekebisho kadhaa ya injini za haidrojeni, zote zinaanguka katika aina mbili:

• Aina ya kitengo na seli ya mafuta;
• Injini ya mwako wa ndani iliyobadilishwa ili kufanya kazi kwenye haidrojeni.

Wacha tuchunguze kila aina kando: ni zipi huduma zao.

Mimea ya nguvu kulingana na seli za mafuta ya hidrojeni

Kiini cha mafuta kinategemea kanuni ya betri, ambayo mchakato wa elektroniki hufanyika. Tofauti pekee kati ya analog ya hidrojeni ni ufanisi wake wa juu (katika hali nyingine, zaidi ya asilimia 45).

Kiini cha mafuta ni chumba kimoja ambacho vitu viwili vimewekwa: cathode na anode. Electrode zote mbili ni platinamu (au palladium) iliyofunikwa. Utando iko kati yao. Inagawanya cavity ndani ya vyumba viwili. Oksijeni hutolewa kwa cavity na cathode, na hidrojeni hutolewa kwa pili.

Kama matokeo, athari ya kemikali hufanyika, matokeo yake ni mchanganyiko wa molekuli za oksijeni na hidrojeni na kutolewa kwa umeme. Athari ya mchakato ni maji na nitrojeni iliyotolewa. Elektroni za seli za mafuta zimeunganishwa na mzunguko wa umeme wa gari, pamoja na motor ya umeme.

Injini za mwako wa hidrojeni

Katika kesi hii, ingawa injini inaitwa haidrojeni, ina muundo sawa na ICE ya kawaida. Tofauti pekee ni kwamba sio petroli au propane inayowaka, lakini haidrojeni. Ikiwa unajaza silinda na hidrojeni, basi kuna shida moja - gesi hii itapunguza ufanisi wa kitengo cha kawaida kwa asilimia 60.

Hapa kuna shida zingine kadhaa za kubadili hydrogen bila kuboresha injini:

• Wakati HTS inabanwa, gesi itaingia kwenye athari ya kemikali na chuma ambayo chumba cha mwako na pistoni hufanywa, na mara nyingi hii pia inaweza kutokea na mafuta ya injini. Kwa sababu ya hii, kiwanja kingine huundwa kwenye chumba cha mwako, ambacho hakitofautiani na uwezo maalum wa kuchoma vizuri;
• Mapungufu katika chumba cha mwako lazima iwe kamili. Ikiwa mahali pengine mfumo wa mafuta una angalau uvujaji mdogo, gesi itawaka kwa urahisi inapogusana na vitu vya moto.

Injini ya Uwazi wa Honda

Kwa sababu hizi, ni muhimu kutumia haidrojeni kama mafuta katika motors za kuzunguka (ni nini huduma yao, soma hapa). Maingiliano ya ulaji na kutolea nje ya vitengo kama hivyo iko kando na kila mmoja, kwa hivyo gesi kwenye ghuba haina joto. Iwe hivyo iwezekanavyo, wakati injini zinafanywa kuwa za kisasa ili kuzuia shida za kutumia mafuta ya bei rahisi na ya mazingira.

Je! Maisha ya huduma ya seli za mafuta ni ya muda gani?

Kote ulimwenguni leo, gari kama hizo ni nadra sana, na bado hazipo kwenye safu, ni ngumu kusema ni chanzo gani cha nishati kilichopewa. Mafundi hawana uzoefu wowote katika suala hili bado.

Jambo pekee ambalo linaweza kusema ni kwamba kulingana na wawakilishi wa Toyota, seli ya mafuta ya gari lao la uzalishaji Mirai ina uwezo wa kuzalisha bila kukatiza nishati hadi kilomita 250. Baada ya hatua hii muhimu, unahitaji kufuatilia ufanisi wa kifaa. Ikiwa utendaji wake umepungua sana, seli ya mafuta hubadilishwa katika kituo cha huduma kilichoidhinishwa. Ukweli, mtu anapaswa kutarajia kuwa kampuni itachukua kiwango kizuri kwa utaratibu huu.

Ni kampuni gani ambazo tayari zinatengeneza au zitatengeneza magari ya haidrojeni?

Kampuni nyingi zinahusika katika ukuzaji wa kitengo cha umeme rafiki wa mazingira. Hapa kuna chapa za kiotomatiki, katika ofisi ya muundo ambayo tayari kuna chaguzi za kufanya kazi, tayari kwenda kwenye safu:

• Mercedes-Benz ni crossover ya GLC F-Cell, mwanzo wa mauzo ambayo ilitangazwa mnamo 2018, lakini hadi sasa ni biashara na huduma chache tu za Ujerumani wameipata. Mfano kitengo cha trekta ya seli ya mafuta ya haidrojeni, GenH2, kilifunuliwa hivi karibuni;
• Mfano wa Hyundai - Nexo ulianzishwa miaka miwili iliyopita;
• BMW ni mfano wa hidrojeni hidrojeni 7, ambayo ilitolewa kutoka kwa mkutano. Kundi la nakala 100 zilibaki katika hatua ya majaribio, lakini hii tayari ni kitu.

Miongoni mwa magari ya hisa ambayo yanaweza kununuliwa Amerika na Ulaya ni mifano ya Mirai na Uwazi kutoka Toyota na Honda, mtawaliwa. Kwa kampuni zingine, ukuzaji huu bado uko kwenye toleo la kuchora, au kama mfano ambao haufanyi kazi.

Toyota Mirai

Uwazi wa Honda

Gari inayotumia hidrojeni inagharimu kiasi gani?

Gharama ya gari ya hidrojeni ni nzuri. Sababu ya hii ni metali za thamani ambazo ni sehemu ya elektroni za seli za mafuta (palladium au platinamu). Pia, gari la kisasa lina vifaa vingi vya usalama na utulivu wa utendaji wa vitu vya umeme, ambavyo pia vinahitaji rasilimali za vifaa.

Ingawa matengenezo ya gari kama hilo (hadi seli za mafuta kubadilishwa) sio ghali sana kuliko gari la kawaida la vizazi vya hivi karibuni. Kuna nchi ambazo zinadhamini uzalishaji wa haidrojeni, lakini hata kwa kuzingatia hii, utalazimika kulipa wastani wa dola 11 na nusu kwa kilo ya gesi. Kulingana na aina ya injini, hii inaweza kuwa ya kutosha kwa umbali wa kilomita mia moja.

Kwa nini magari ya haidrojeni ni bora kuliko magari ya umeme?

Ikiwa unachukua mmea wa haidrojeni na seli za mafuta, basi gari kama hiyo itafanana na gari la umeme ambalo tumezoea kuona barabarani. Tofauti pekee ni kwamba gari la umeme linashtakiwa kutoka kwa mtandao au kutoka kwa kituo kwenye kituo cha gesi. Usafirishaji wa haidrojeni yenyewe hutengeneza umeme yenyewe.

Kwa gharama ya gari kama hizo, ni ghali zaidi. Kwa mfano, mifano ya msingi ya Tesla itagharimu kutoka $ 45. Analogs za hidrojeni kutoka Japani zinaweza kununuliwa kwa vitengo 57. Kwa upande mwingine, Wabavaria huuza magari yao kwa mafuta "ya kijani" kwa bei ya $ 50.

Kuzingatia utendakazi, ni rahisi kujaza gari na gesi (itachukua kama dakika tano) kuliko kusubiri nusu saa (na kuchaji haraka, ambayo hairuhusiwi kwa kila aina ya betri) kwenye maegesho. Hii ni pamoja na mimea ya hidrojeni.

Pamoja na nyingine ni kwamba seli za mafuta hazihitaji sana matengenezo, na maisha yao ya kufanya kazi ni makubwa sana. Kwa magari ya umeme, betri yao kubwa itahitaji uingizwaji kwa karibu miaka mitano kwa sababu ya ukweli kwamba ina mizunguko mingi ya kutolea malipo. Katika theluji, betri kwenye gari za umeme hutolewa kwa kasi zaidi kuliko wakati wa kiangazi. Lakini kipengele juu ya athari ya oksidi ya hidrojeni haipatikani na hii na hutoa umeme kwa utulivu.

Je! Kuna matarajio gani kwa magari ya haidrojeni na itaonekana lini barabarani?

Huko Uropa na Merika, gari la haidrojeni tayari inaweza kupatikana. Walakini, bado wako kwenye kitengo cha udadisi. Na leo kuna matarajio machache.

Sababu kuu kwamba aina hii ya usafirishaji haitajaza hivi karibuni barabara za nchi zote ni ukosefu wa uwezo wa uzalishaji. Kwanza, ni muhimu kuanzisha uzalishaji wa hidrojeni. Kwa kuongezea, inahitajika kufikia kiwango kwamba, pamoja na urafiki wa mazingira, pia ni mafuta yanayopatikana kwa waendeshaji magari wengi. Mbali na utengenezaji wa gesi hii, inahitajika kupanga usafirishaji wake (ingawa kwa hii unaweza kutumia barabara kuu ambazo methane inasafirishwa), na pia kuandaa vituo vingi vya kujaza na vituo vinavyofaa.

Pili, kila automaker atalazimika kuboresha kisasa mistari ya uzalishaji, ambayo inahitaji uwekezaji mkubwa. Katika uchumi usio na utulivu kutokana na kuzuka kwa janga la ulimwengu, wachache watachukua hatari kama hizo.

Ukiangalia kasi ya maendeleo ya usafirishaji wa umeme, mchakato wa kusambaza ulifanyika haraka sana. Walakini, sababu ya umaarufu wa magari ya umeme ni uwezo wa kuokoa mafuta. Na hii mara nyingi ndio sababu ya kwanza kwanini wanunuliwe, na sio kwa sababu ya kuhifadhi mazingira. Katika kesi ya haidrojeni, haitawezekana kuokoa pesa (angalau sasa), kwa sababu nishati nyingi hutumiwa katika uzalishaji wake.

Faida na hasara kuu za injini za haidrojeni

Kwa hivyo, wacha tufupishe. Faida za injini za mafuta ya haidrojeni ni pamoja na mambo yafuatayo:

• Utoaji wa mazingira rafiki;
• Uendeshaji kimya wa kitengo cha nguvu (nguvu ya umeme);
• Katika kesi ya kutumia seli ya mafuta, matengenezo ya mara kwa mara hayahitajiki;
• Kuongeza mafuta haraka;
• Ikilinganishwa na magari ya umeme, mfumo wa msukumo na chanzo cha nishati hufanya kazi kwa utulivu hata katika joto la kufungia.

Ingawa maendeleo hayawezi kuitwa mpya, hata hivyo, bado ina mapungufu kadhaa ambayo hushawishi mwendesha magari wa wastani kuiangalia kwa tahadhari. Hapa kuna baadhi yao:

• Kwa hidrojeni kuwaka, lazima iwe katika hali ya gesi. Hii inaunda shida fulani. Kwa mfano, compressors maalum ya gharama kubwa inahitajika kukandamiza gesi nyepesi. Pia kuna shida na uhifadhi mzuri na usafirishaji wa mafuta, kwani inaweza kuwaka sana;
• Silinda, ambayo itawekwa kwenye gari, itahitaji kukaguliwa mara kwa mara. Kwa hili, dereva atahitaji kutembelea kituo maalum, na hii ni gharama ya ziada;
• Katika gari la haidrojeni, betri kubwa haitumiki, hata hivyo, ufungaji bado una uzito mzuri, ambao unaathiri sana sifa za nguvu za gari;
• Hydrojeni - inawaka hata cheche kidogo, kwa hivyo ajali inayojumuisha gari kama hiyo itaambatana na mlipuko mkubwa. Kwa kuzingatia tabia ya kutowajibika kwa baadhi ya madereva kwa usalama wao wenyewe na maisha ya watumiaji wengine wa barabara, magari kama hayo bado hayawezi kutolewa barabarani.

Kuzingatia maslahi ya wanadamu katika mazingira safi, inatarajiwa kwamba mafanikio yatapatikana katika suala la kukamilisha usafirishaji wa "kijani". Lakini wakati hii itatokea, ni wakati tu ndio utasema.

Wakati huo huo, angalia ukaguzi wa video wa Toyota Mirai:

Wakati ujao juu ya hidrojeni? Toyota Mirai - UHAKIKI KAMILI na Maelezo | LiveFEED®

Maswali na Majibu:

Kwa nini injini ya hidrojeni ni hatari? Wakati wa mwako wa mchanganyiko wa hidrojeni, injini huwaka zaidi kuliko wakati wa mwako wa petroli. Matokeo yake, kuna uwezekano mkubwa wa kuchomwa kwa pistoni, valves na overloading ya kitengo.

Jinsi ya kujaza gari la hidrojeni? Gari kama hilo hutiwa mafuta na hidrojeni katika hali ya gesi (gesi iliyochomwa au iliyoshinikwa). Ili kuhifadhi mafuta, inasisitizwa kwa anga 350-700, na joto linaweza kufikia digrii -259.

Injini ya mwako wa ndani ya hidrojeni inafanyaje kazi? Gari ina vifaa vya aina ya betri. Oksijeni na hidrojeni hupitia sahani maalum. Matokeo yake ni mmenyuko wa kemikali na kutolewa kwa mvuke wa maji na umeme.