Wodorowy silnik samochodowy: lekarstwo na uzależnienie od ropy naftowej

Pierwszym deweloperem, który zaprezentował szerokiej publiczności silnik wodorowy do samochodu, był koncern «Toyota». W 1997 roku zaprezentowali oni SUV-a FCHV, który nigdy nie został wprowadzony do masowej produkcji.

Silnik wodorowy

Dziś inne firmy również prowadzą badania, wśród nich:

  • Honda Motor,
  • Volkswagen,
  • General Motors,
  • Daimler AG,
  • Ford Motor,
  • BMW, i tak dalej.

Jak działa silnik wodorowy?

Samochody napędzane wodorem można podzielić na trzy grupy:

  • Samochód dwuenergetyczny z bardzo ekonomicznym silnikiem, który może pracować zarówno na czystym wodorze, jak i na jego mieszance z benzyną. Sprawność takiego silnika wynosi 90-95%, podczas gdy silnika wysokoprężnego — 50%, a benzynowego — 35%. Takie samochody spełniają normę Euro-4;
  • samochód wodorowy ze zintegrowanym silnikiem elektrycznym, który zasila główne ogniwo paliwowe zainstalowane na pokładzie. Samochody o wydajności przekraczającej 75 procent zostały już stworzone;
  • Konwencjonalne samochody napędzane mieszanką lub czystym wodorem. Spaliny są znacznie czystsze, a wydajność «wzrośnie» o około 20%.

Jak działa silnik

Jak działa silnik wodorowy? Rozróżnij 2 rodzaje układów napędowych w zależności od zasady działania:

  • Wodorowe silniki spalinowe. Używany jest silnik obrotowy;
  • wodorowe układy napędowe z ogniwami paliwowymi — ich zasada działania opiera się na reakcji chemicznej. Korpus elementu posiada membranę, która przewodzi tylko protony i oddziela komory z elektrodami — anodą i katodą. Do komory anodowej dostarczany jest wodór, a do komory katodowej tlen. Elektrody pokryte są warstwą katalizatora, np. platyny. Cząsteczkowy wodór traci elektrony pod wpływem katalizatora. Protony są przenoszone przez membranę do katody, a woda powstaje pod wpływem katalizatora, łącząc się z elektronami. Z komory anodowej elektrony trafiają do obwodu elektrycznego, który jest podłączony do silnika. W ten sposób generowany jest prąd zasilający silnik.

Zalety silnika wodorowego:

  • Produktem spalania wodoru jest woda. Oznacza to, że jest to najbardziej przyjazne dla środowiska paliwo;
  • Moc, osiągi i inne właściwości silnika są wyższe niż w przypadku standardowego silnika — energia elektryczna zapewnia je w pełni;
  • niski poziom hałasu;
  • łatwa konserwacja — brak skomplikowanej przekładni i mniej trących się części;
  • niski koszt operacji transportowych;
  • niższe zużycie paliwa i większa prędkość tankowania;
  • większy zasięg jazdy;
  • Wodór ma ogromny potencjał jako paliwo alternatywne, ponieważ może być pozyskiwany z różnych źródeł, w tym energii słonecznej lub wiatru;
  • Główny surowiec, woda, jest darmowy.

Tankowanie wodoru

Wady silnika wodorowego:

  • Zastosowanie ogniw paliwowych w konwencjonalnym silniku grozi pożarem lub wybuchem ze względu na jego konstrukcję.
  • Ich koszt jest również dość wysoki.
  • Waga samochodu jest zwiększona przez zastosowanie konwerterów prądu i potężnych akumulatorów.
  • Proces wytwarzania wodoru z wody również nie jest jeszcze tani, podobnie jak transport nowego paliwa.
  • Przewidywane są również problemy środowiskowe — zwiększenie ilości wodoru w atmosferze może mieć szkodliwy wpływ na warstwę ozonową Ziemi.
  • Produkcja baterii jest również procesem szkodliwym dla środowiska.
  • Jednym z problemów związanych z pojazdami napędzanymi wodorem jest wysoki koszt platyny potrzebnej do reakcji chemicznej w silniku.
  • Brak stacji tankowania wodoru sprawia, że pojazdy wodorowe nie są konkurencyjne w stosunku do konwencjonalnych samochodów.
  • Kwestia magazynowania nie została rozwiązana. Do tej pory proponowano przechowywanie w stanie skroplonym lub pod wysokim ciśnieniem, ale badania w tym zakresie są w toku.

BMW Hydrogen 7

Wodorowe ogniwa paliwowe

Wodorowe ogniwa paliwowe były wykorzystywane w różnych latach:

  • {SPACE} w ciągnikach,
  • lokomotyw,
  • łodzie podwodne,
  • helikoptery,
  • w wózku golfowym,
  • {SPACE} w motocyklu.

Samochody i autobusy napędzane wodorem wykorzystują ogniwa z membraną wymiany protonów (PEM), są kompaktowe i ważą niewiele.

Honda FCX Clarity

Samochody napędzane wodorem

  • Toyota, która ujarzmiła wodór, Fuel Cell Sedan to przede wszystkim komfort i przestronność w standardowym modelu. Aby zmaksymalizować przestrzeń w kabinie i bagażniku, zbiorniki sprężonego wodoru umieszczono w podłodze samochodu. Zaprojektowany dla pięciu pasażerów, samochód będzie wyceniony na 67500 USD.
  • Kosmiczna technologia w codziennym życiu. BMW Hydrogen 7 udowodniło już swoje możliwości w praktyce, testując około stu pojazdów BMW Hydrogen 7 przez znane osobistości ze świata kultury, polityki, biznesu i mediów. Testy w świecie rzeczywistym pokazały, że przejście na napęd wodorowy jest w pełni kompatybilne z komfortem, dynamiką i bezpieczeństwem, jakich można oczekiwać od BMW. Samochód można przełączać z jednego rodzaju paliwa na inny. Prędkość maksymalna 229 kilometrów na godzinę.
  • Generator prądu Honda FCX Clarity. Według twórców, można go podłączyć do transformatora i dostarczać energię elektryczną do wszystkich urządzeń gospodarstwa domowego. Zbiorniki wodoru znajdują się pod tylnymi siedzeniami, a po pełnym zatankowaniu paliwa wystarczy na 500 km. Cena od 62 807 dolarów.
  • Część autobusów MAN pracuje na drodze.

Wodorowe silniki przyszłości

  • General Motors (GM) i Honda Motor rozpoczęły nową współpracę w sektorze motoryzacyjnym. Obie firmy planują wspólnie rozwijać wodorowe ogniwa paliwowe w ciągu najbliższych siedmiu lat. Wymiana know-how pomoże obniżyć koszty technologii i sprawi, że reagowanie na rosnące globalne wymagania dotyczące redukcji emisji, norma Euro 4 ma ścisłe limity.
  • Układ napędowy samochodu może również służyć jako elektrownia dla domu, zapewniając energię na 5 dni.
  • Każdy z producentów spodziewa się w najbliższej przyszłości sprzedawać co najmniej tysiąc eko-samochodów rocznie, a ich przewidywana cena to 97 000 dolarów.
  • Do 2050 roku wodór jako źródło paliwa będzie pokrywał jedną trzecią produkowanej energii.

Jednak Ilon Musk (szef SpaceX i Tesli) jest bardzo krytyczny wobec nowego paliwa, uważając jego stworzenie za chwyt marketingowy. Musk powiedział, że wykorzystanie technologii nie rozwiąże rzeczywistych problemów transportowych, a baterie litowo-jonowe mają większą gęstość magazynowania energii niż wszystkie rozwiązania wodorowe. Co o tym sądzisz?