محرك السيارة الهيدروجين: علاج لإدمان الزيت. نقل الهيدروجين.

منذ الآن ، يتحدث صانعو السيارات فقط عن تطوير الهيدروجين. ما هو الهيدروجين؟ دعونا ننظر في الأمر بمزيد من التفصيل.

الهيدروجين هو العنصر الأول في الجدول الكيميائي ، ووزنه الذري هو 1. وهو أحد أكثر المواد شيوعًا في الكون ، على سبيل المثال ، من بين 100 ذرة يتكون منها كوكبنا 17 هو الهيدروجين.

الهيدروجين هو وقود المستقبل. لديها الكثير من المزايا مقارنة بأنواع الوقود الأخرى ولديها احتمالات كبيرة لاستبدالها. يمكن استخدامه تمامًا في جميع فروع الإنتاج والنقل الحديث ، حتى الغاز الذي يتم طهي الطعام عليه يمكن استبداله بسهولة بالهيدروجين دون أي تعديلات.

لماذا لم يتم استخدام الهيدروجين على نطاق واسع حتى الآن؟ تكمن إحدى المشاكل في تقنيات إنتاجها. ربما تكون الطريقة الفعالة الوحيدة للحصول عليها في الوقت الحالي هي الطريقة الإلكتروليتية - الحصول عليها من مادة بفعل قوي. التيار الكهربائي. لكن في الوقت الحالي ، يتم توليد معظم الكهرباء في محطات الطاقة الحرارية ، وبالتالي فإن السؤال الذي يطرح نفسه: "هل تستحق اللعبة كل هذا العناء؟". لكن إدخال الطاقة الذرية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية في إنتاج الكهرباء من المحتمل أن يصحح هذه المشاكل.

توجد هذه المادة في جميع المواد تقريبًا ، ولكن الأهم من ذلك كله أنها توجد في الماء. كما قال كاتب الخيال العلمي Jules Verne: "الماء هو فحم عصور المستقبل." يمكن أن يعزى هذا البيان إلى فئة التنبؤات. يوجد الكثير من هذا "الفحم" على السطح أكثر من أي شيء آخر ، لذلك سنزودنا بالهيدروجين لسنوات عديدة قادمة.

يمكن قول شيء واحد فقط عن النقاء البيئي للهيدروجين: أثناء احتراقه وتفاعلاته في خلايا الوقود ، يتشكل الماء ولا شيء سوى الماء.

ربما تكون خلية الوقود هي الأكثر طريقة فعالةالحصول على الطاقة من الهيدروجين. يعمل على مبدأ البطارية: يوجد قطبان في خلية الوقود ، يتحرك الهيدروجين بينهما ، و تفاعل كيميائي، يظهر تيار كهربائي على الأقطاب الكهربائية ، وتتحول المادة إلى ماء.

لنتحدث عن استخدام الهيدروجين في السيارات. نشأت فكرة استبدال البنزين العادي المزعج والدخان بغاز نقي تمامًا منذ سنوات عديدة ، في كل من أوروبا والاتحاد السوفيتي. لكن التطورات في هذا المجال تمت بدرجات متفاوتة من النجاح. والآن وصلت ذروة رغبة صانعي السيارات في الحصول على الاستقلال عن النفط. كل شركة تحترم نفسها لديها تطورات في هذا المجال.

يمكن استخدام الهيدروجين في السيارة بطريقتين: إما حرقه في محرك احتراق داخلي ، أو استخدامه في خلايا الوقود. تستخدم معظم السيارات النموذجية الجديدة تقنية خلايا الوقود. لكن شركات مثل Mazda و BMW ذهبت في الاتجاه المعاكس ، ولسبب وجيه.

السيارة التي تعمل بخلايا الوقود هي نظام بسيط وموثوق للغاية ، لكن البنية التحتية تمنع اعتماده على نطاق واسع. على سبيل المثال ، إذا اشتريت سيارة تعمل بخلايا الوقود واستخدمتها في بلدنا ، فسيتعين عليك الذهاب إلى ألمانيا لملء السيارة. وذهب مهندسو BMW في الاتجاه الآخر. قاموا ببناء سيارة تستخدم الهيدروجين كوقود ، ويمكن لهذه السيارة استخدام كل من البنزين والهيدروجين ، مثل العديد من السيارات الحديثة المجهزة بنظام البنزين والبنزين. وبالتالي ، إذا ظهرت محطة وقود واحدة على الأقل تبيع هذا الوقود في مدينتك ، فيمكنك شراء الهيدروجين BMW Hydrogen 7 بأمان.

مشكلة أخرى مع إدخال الهيدروجين هي طريقة تخزينه. تكمن الصعوبة في حقيقة أن ذرة الهيدروجين هي الأصغر حجمًا في الجدول الكيميائي ، مما يعني أنها تستطيع اختراق أي مادة تقريبًا. هذا يعني أنه حتى الجدران الفولاذية السميكة سوف تمر عبرها ببطء ولكن بثبات. تم حل هذه المشكلة الآن من قبل الكيميائيين.

عقبة أخرى هي الخزان نفسه. يمكن أن يحل 10 كجم من الهيدروجين محل 40 كجم من البنزين ، ولكن الحقيقة هي أن 10 كجم من المادة تستهلك حجم 8000 لتر! وهذه بركة أولمبية كاملة! لتقليل حجم الغاز ، يجب تسييله وتخزين الهيدروجين المسال بأمان وسهولة. تزن خزانات سيارات الهيدروجين اليوم حوالي 120 كجم ، أي ضعف حجم الخزانات القياسية. لكن هذه المشكلة ستحل قريبا.

إن مزايا وقود الهيدروجين أكبر بكثير من عيوبه. يحترق الهيدروجين بكفاءة أكبر ، ولا يحتوي على انبعاثات ضارة ، ولا ينتج عنه سخام ، وهذا يزيد بشكل كبير من عمر السيارات. الهيدروجين وقود متجدد بسهولة ، لذلك لن تتلقى الطبيعة ضررًا يذكر.

العائق الرئيسي أمام تكنولوجيا الهيدروجين هو البنية التحتية. عدد قليل جدًا من محطات الوقود في العالم جاهزة حاليًا لملء سيارة بالهيدروجين ، على الرغم من أن إنتاج سيارات الهيدروجين يتم إنتاجه بالفعل من قبل هوندا وتستعد BMW للإنتاج. في دول الاتحاد السوفيتي السابق ، لا يمكن للمرء حتى أن يحلم بسيارة الهيدروجين على الإطلاق. قبل ظهور محطات غاز الهيدروجين ، سيستغرق الأمر أكثر من عام ، وربما اثنتي عشرة سنة. يبقى أن نرى متى سنبدأ ، مع العالم بأسره ، في إنقاذ الكوكب من كارثة بيئية.

وقود الهيدروجين

ابتكر العلماء الروس وقودًا جديدًا أرخص بمئة مرة من وقود الديزل وأكثر كفاءة وأسهل في التصنيع ... هل تعتقد أن أحدًا كان سعيدًا بهذا؟ لم يحدث شيء! كان وزراء موسكو يطاردون الهواء حول مكاتبهم منذ 3 سنوات بالفعل - ويبدو أنهم ما زالوا يفكرون في أفضل السبل لتطبيق الأمر المباشر بشأن التنفيذ الذي تلقوه للتنفيذ. وأولئك الذين أصدروا هذا الأمر ، اتضح أيضًا أنهم غير مهتمين بتنفيذه السريع ، لأنه. لا تمنعوا الوزراء من التخريب مع الإفلات من العقاب لحل المهام الحيوية لروسيا وبقية العالم. لذا فكر الآن: لمن يعمل هؤلاء الوزراء حقًا؟ تم اختراع Lavochkin بشكل أساسي النوع الجديدالوقود على أساس المياه المهيكلة. لكن اتضح أن ملوك اليوم ليسوا بحاجة إلى اختراعهم! بل إنه يمنعهم من دفعنا نحو الهروب نحو النضوب الكامل للوقود الهيدروكربوني والكارثة البيئية على كوكب الأرض الجميل ...

لم يتم العثور على روابط ذات صلة

بعد أن أعلنت جميع دول العالم عن مسار لتقليل انبعاثات المواد الضارة ، فكر مصنعو السيارات في ذلك. علاوة على ذلك ، بدأوا في التطور ليس فقط في مجال السيارات الكهربائية ، ولكن أيضًا في اتجاه استخدام الهيدروجين كوقود للسيارات. في الوقت نفسه ، تفكر العديد من الشركات في التقنيات الخاصة بها التي لديها كتلة. لذلك ، يجدر إلقاء نظرة فاحصة على سيارة الهيدروجين لفهم ما يمكن أن ينتظرنا في المستقبل القريب.

تعتبر مركبات الهيدروجين مجالًا واعدًا إلى حد ما في البحث عنه مصادر بديلةطاقة

أساليب مختلفة

محرك الاحتراق الداخلي

تذكر سبب تسمية الهيدروجين "بالغاز المتفجر" - هذا صحيح ، فإنه ينفجر بسهولة شديدة مع إطلاق كمية هائلة من الطاقة. لماذا لا تستخدم هذه الميزة لدفع السيارات؟ هذا هو بالضبط ما قرره المتخصصون في Mazda و BMW ، الذين قدموا قبل بضع سنوات نماذجهم الأولية للسيارات التي تعمل بالهيدروجين الناتج عن الاحتراق الداخلي.

في الوقت نفسه ، قرر مهندسو BMW بحق أنه من الأفضل تجربة محرك أكبر يسمح بالتغيير تحديدعلى مدى واسع جدا. هكذا ولدت سيارة السلسلة السابعة ، التي كانت مجهزة بخزان كبير للهيدروجين المضغوط - بحجم عمل للمحرك ، كان بسعة 260 حصانًا فقط واستهلك حوالي 50 لترًا من الوقود لكل مائة كيلومتر. بالإضافة إلى ذلك ، جربت BMW أيضًا سيارات الهيدروجين المسال - لذلك ، تم استخدام خزانات خاصة للتبريد ، والتي كانت بتكلفة مماثلة لسعر منصة السيارة نفسها - تم القيام بذلك لزيادة احتياطي الطاقة. ومع ذلك ، كانت السمة المميزة لجميع سيارات BMW التجريبية التي تعمل بالهيدروجين هي وجود نظام طاقة بنزين تقليدي - فقد جعل من الممكن التحول إلى الوقود التقليدي عند نفاد إمدادات الهيدروجين أو في حالة حدوث مشاكل مرتبطة بإمداداته.

لكن Mazda ذهبت في الاتجاه الآخر ، وقررت ألا تقتصر على تجاربها - قام اليابانيون بتركيب محطة طاقة هيدروجينية على سيارة RX-8 مزودة بمحرك Wankel سعة 1.3 لتر. لسوء الحظ ، كانت النتيجة فشلًا - انخفضت الطاقة من 240 إلى 100 حصان ، وزاد استهلاك الوقود إلى ما يقرب من 60-70 لترًا لكل مائة كيلومتر. على عكس BMW 7 ، التي تم تأجيرها في الولايات المتحدة وأوروبا ، ظلت Mazda RX-8 التي تعمل بالهيدروجين في شكل نموذج أولي. لقد ألغت الشركتان الآن تدريجيًا برامج البحث هذه ، مع التركيز على مجالات أخرى لتطوير الطاقة البديلة.

فيديو عن سيارات الهيدروجين:

يسهل فهم السبب إذا تعمقت في تقارير المهندسين - فقد واجهوها مثل:

• انخفاض الموارد الحركية
• الأعطال المتكررة المرتبطة بتدمير جدران الأسطوانات والصمامات والمكابس ؛
• احتياطي طاقة صغير
• التسريبات المتكررة التي تهدد بالاشتعال أو حتى الانفجار.

بالطبع ، ابتكرت العديد من المعاهد البحثية الصغيرة سيارات الهيدروجين التي تعمل على مبدأ احتراق "الغاز المتفجر" ولها أداء أفضل من. ومع ذلك ، أصبح من الواضح أنه يجب تطوير محرك السيارة مبدئيًا للهيدروجين - ولم يكن المصنعون مستعدين لمثل هذه الاستثمارات المشبوهة.

خلايا الوقود

جاء حل المشكلة من مجال رواد الفضاء - نظرًا لأنه من غير المنطقي حرق الوقود لتوليد الكهرباء في المدار ، طور العلماء خلايا وقود خاصة حدث فيها تفاعل كيميائي مع إطلاق كمية هائلة من الكهرباء. عندما يمر الهيدروجين عبر هذه الخلية المليئة بالمواد الحفازة ، فإنه يتحد مع الأكسجين لتكوين الماء. وفقًا لذلك ، يتلقى المستخدم إيجابيات فقط - لا توجد مواد ضارة ، فقط مياه نظيفة وإمدادات معينة من الكهرباء عند الخرج. يبقى فقط لتخزين الكمية المناسبة من الهيدروجين.

سيارة الهيدروجين ، التي تعمل بخلايا الوقود ، تعمل - لا تحتوي على محرك احتراق داخلي ، يتم استبداله بالكامل بمحرك كهربائي. يتم تخزين الطاقة المشتقة من تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين في البطاريات - ويركز بعض المصنِّعين على تحقيق أداء ديناميكي جيد للسيارة باستخدام المكثفات الفائقة ، والتي تتيح لك إعطاء الشحنات المستلمة في أسرع وقت ممكن. بفضل هذا ، تم التغلب على أحد أوجه القصور في خلايا وقود الهيدروجين - فهي خاملة ، أي أنها لا تستطيع تغيير إنتاجها بناءً على طلب سائق السيارة.

المزايا الرئيسية

الميزة الرئيسية التي تتمتع بها سيارة الهيدروجين ، باستخدام خلايا الوقود كمصدر للطاقة ، هي الجمع بين أفضل أداءالسيارات ذات محركات الاحتراق الداخلي والمركبات الكهربائية. احتياطي الطاقة مرتفع للغاية - خاصةً عندما لا يكون فقط من تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين ، ولكن أيضًا من شبكة كهربائية تقليدية. في الوقت نفسه ، يتيح لك عدم وجود وحدة تحرق الوقود الهيدروكربوني الحصول على عدد كبير من المزايا:

• لا توجد انبعاثات ضارة - كما هو الحال مع احتراق الهيدروجين ، يتكون بخار الماء فقط في خلايا الوقود ، مما لا يضر بالبيئة.
• كتلة أقل - بالمناسبة ، يكون مزيج خلايا وقود الهيدروجين والمحرك الكهربائي والبطاريات أصغر وأخف وزنًا من البطاريات والمحرك في السيارة الكهربائية التقليدية ذات الأداء والمدى المماثل.
• تقليل عدد الأجزاء المتحركة والملامسة عدة مرات - نتيجة لذلك ، يتم زيادة عمر الخدمة بشكل كبير.

إذا أخذنا في الاعتبار سيارة الهيدروجين ، المزودة بمحرك احتراق داخلي يتكيف مع هذا النوع من الوقود ، فعندئذٍ حتى الآن لها عيوب أكثر من الجوانب الإيجابية. ومع ذلك ، فإن تقارير المعاهد البحثية المنخرطة في التطورات في هذا الاتجاه تعطي الأمل في أن الوضع سيتغير جذريًا في المستقبل القريب. تم الإبلاغ بالفعل عن أن محركات السيارات التي تم إنشاؤها في الأصل لتعمل بالهيدروجين تحتوي على:

• زاد عمر الخدمة بنسبة 20-30٪ ، بالإضافة إلى انخفاض احتمالية حدوث أعطال طفيفة.
• الطاقة ، أكثر بنسبة 15-20٪ ، كفاءة أكبر ، مما يعني الاستخدام الأفضل لإمكانات الطاقة للوقود.
• تكلفة الأميال ، 2 مرات أقل من مؤشر مماثلللبنزين - ومع ذلك ، فقط بشرط الإنتاج الصناعي للهيدروجين.

لكن التكلفة مرتفعة للغاية - بسبب استخدام مواد مبتكرة باهظة الثمن وبفضل إنتاج القطع الذي يتم باستخدام تقنيات الالتفافية.

سلبيات

لسوء الحظ ، لا يخلو من العيوب - ومع ذلك ، هذا لا ينطبق فقط على الهيدروجين ، ولكن أيضًا على جميع تقنيات الطاقة البديلة الأخرى التي يتم العمل عليها مؤخرًا نسبيًا. من وجهة نظر المستهلك العادي ، فإن العيب الكبير حتى الآن هو التكلفة العالية لإنتاج الوقود - فقط الهيدروجين الذي تم إنشاؤه في النطاق الصناعي- إنه أمر نادر الحدوث ، حيث لا يزال هناك عدد قليل نسبيًا من المصانع لإنتاج هذا الغاز. بالإضافة إلى ذلك ، عند إجراء استطلاعات الرأي في البلدان التي تباع بالفعل أو يوجد بها الكثير من السيارات التي تعمل بالهيدروجين ، أظهرت النتائج أن الكثير من الناس يخشون انفجار "الغاز المتفجر" ، على الرغم من أنهم لم يسمعوا بمثل هذه الحالات. في الواقع ، أثناء الاختبارات ، غالبًا ما تحدث الحرائق نتيجة لتسرب الهيدروجين ، ولكن السيارات ذات الأنظمة الأمنية متعددة المستويات التي حالت دون حدوث انفجار هي التي تم إرسالها إلى الإنتاج الضخم.

ومع ذلك ، بفضل استخدام العديد من الحلول التقنية المبتكرة ، فإن آلة الهيدروجين ليست اقتصادية وآمنة فحسب ، ولكنها أيضًا باهظة الثمن. على وجه الخصوص ، لم تكشف أبدًا عن تكلفة سيارة من الفئة السابعة تعمل بالهيدروجين ، مما سمح فقط بتأجيرها. ومع ذلك ، يقول بعض الخبراء أن سعر السوق يمكن تحديده عند 1.2-1.5 مليون دولار. حتى أرخص السيارات التي تنتجها هوندا وتويوتا تكلف ما لا يقل عن 30-50 ألف دولار مع حد أدنى من المعدات - وذلك بفضل سياسة الإغراق التي تتبعها الشركات والتعويضات المقدمة من الحكومة اليابانية. من الجدير بالذكر أن خلايا الوقود وخزاناته لا يمكن أن تكون متينة بسبب التشغيل طويل الأمد في بيئة عدوانية - وإذا كان من الممكن إنتاج الخلايا في شكل قابل للاستبدال ، فلن يتعين إنفاق الكثير من المال.

حان الوقت للحديث عن الشيء الرئيسي - أين تزود بالوقود سيارة تعمل بالهيدروجين؟ من السابق لأوانه الحديث عن إنشاء شبكة من محطات الوقود حتى في اليابان والولايات المتحدة وألمانيا - طالما أنها منفردة. في الوقت نفسه ، يتم إنشاء بنية تحتية مناسبة للسيارات الكهربائية على قدم وساق ، مما يجعل من الممكن الحصول على معلومات حول الأولويات التي يحددها المجتمع الحديث و وكالات الحكومة. يعد ملء السيارة بالهيدروجين باستخدام الأجهزة المنزلية أمرًا خطيرًا للغاية - سيكون احتمال حدوث انفجار مرتفعًا بشكل لا يصدق.

وقود المستقبل أم لا؟

الآن علينا أن نسمع أن الهيدروجين هو وقود المستقبل - ومع ذلك ، يجدر بنا أن نتذكر أن مثل هذه الشعارات ظهرت في جميع أنحاء العالم في أواخر الستينيات - و الاتحاد السوفيتي، حيث كان البحث عن خصائص هذا الغاز على قدم وساق ، لم يكن استثناءً. على الرغم من كل الوقت الذي مضى ، ظلت سيارات الهيدروجين نماذج أولية ليست مناسبة جدًا للإنتاج الضخم والاستخدام العام. ومع ذلك ، فإن التطورات لا تتوقف ، على الرغم من حقيقة أنه لم يتم تحقيق نتائج إيجابية حتى الآن إلا من قبل عدد قليل من الشركات التي بدأت الإنتاج على نطاق صغير لهذه المركبات. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن نتذكر أن الهيدروجين مناسب بيئةمصدر للطاقة من الكهرباء. بعد كل شيء ، على الرغم من تطور الطاقة ، في العالم ما يصل إلى 70 ٪ من محطات الطاقة تعمل على أنواع الوقود "القذر" مثل النفط والفحم.

يتسبب الأسطول المتزايد بسرعة من المركبات التي تستخدم الوقود الهيدروكربوني ، من ناحية ، وكذلك الانخفاض السريع في احتياطيات النفط الخام ، في البحث النشط عن بديل للوقود القائم على الهيدروكربونات.

ليس هناك الكثير من الحقيقة حول وقود الهيدروجين

المعايير الواجب توافرها في وقود المستقبل

لا يمكن للوقود الحيوي المنتج من المواد الخام النباتية والمستخدم في بعض البلدان أن يحل محل الوقود الهيدروكربوني تمامًا. نصيبها من كمية الوقود الحالية لمحركات الاحتراق الداخلي (المشار إليها فيما يلي باسم محركات الاحتراق الداخلي) أقل من 1٪.

يرتبط الانتقال إلى استخدام الكهرباء ببعض الصعوبات والقيود. على وجه الخصوص ، فإن الأميال المقطوعة للسيارات الكهربائية دون إعادة الشحن لا يمكن أن ترضي حتى سائقي السيارات المتساهل. بجانب العلم الحديثغير قادر على تزويد السيارات الكهربائية ببطاريات صغيرة الحجم وقوية.

يمكن أن يؤدي استخدام المحركات الهجينة إلى تقليل كمية البنزين المستهلك بشكل كبير ، ولكنه لا يلغي استخدامه تمامًا. وتكلفة السيارات المزودة بوحدات الطاقة هذه ليست في متناول الجميع.

مقدمة ل طاقة الهيدروجينو خلايا الوقود

يجب أن يلبي النوع الجديد من الوقود العديد من المتطلبات:

1. لديها موارد كافية من المواد الخام.
2. يجب ألا تكون تكلفتها عالية.
3. يجب أن تعمل محركات الاحتراق الداخلي الحديثة على وقود جديد بدون تعديلات أو بأقل عدد منها.
4. يجب أن يكون انبعاث المواد الضارة من محرك يعمل في حده الأدنى.
5. يجب أن يكون الوقود الجديد أعلى من الوقود الحالي.

تاريخ الهيدروجين كوقود

الهيدروجين كوقود لمحركات الاحتراق الداخلي ليس بجديد. بالعودة إلى عام 1806 ، حصل المخترع فرانسوا إسحاق دي ريفا على براءة اختراع لأول محرك هيدروجين في فرنسا. لكن اختراعه لم يتم التعرف عليه ولم يكن ناجحًا. منذ منتصف القرن التاسع عشر ، استخدم البنزين على نطاق واسع كوقود. في لينينغراد المحاصرة ، في ظل ظروف النقص التام في البنزين ، نجحت أكثر من 600 سيارة في العمل على الهيدروجين. بعد الحرب ، تم نسيان هذه التجربة بنجاح.

العودة إلى وقود الهيدروجين والانخراط بجدية في البحث العلمي في هذا المجال أجبر النصف الثاني من القرن الماضي. علاوة على ذلك ، شارك علماء من جميع البلدان المتقدمة تقريبًا في مثل هذه التطورات.

وتجدر الإشارة إلى أنه تم إحراز بعض التقدم في هذا المجال. مثل الشركات المصنعة المعروفةمثل هوندا وتويوتا وهيونداي وآخرون يطلقون طرازات سيارات الهيدروجين الخاصة بهم.

خيارات لاستخدام الهيدروجين كوقود

هناك طرق عديدة لاستخدام الهيدروجين كوقود للسيارات:

1. باستخدام الهيدروجين نفسه فقط.
2. استخدامه مع أنواع أخرى من الوقود.
3. استخدام الهيدروجين في خلايا الوقود.

أكثر الطرق التي يمكن الوصول إليها لإنتاج الهيدروجين اليوم هي طريقة التحليل الكهربائي ، حيث يتم الحصول على الهيدروجين من الماء عن طريق التعرض لتيار كهربائي قوي يحدث بين الأقطاب الكهربائية ذات الأقطاب المختلفة. اليوم ، يتم إنتاج أكثر من 90٪ من الهيدروجين المنتج من الغازات الهيدروكربونية.

لطالما تم اختبار استخدام الهيدروجين النقي لتشغيل محركات الاحتراق الداخلي. ولا يتم استخدامه على نطاق واسع ، على وجه الخصوص ، لعدد من الأسباب الموضوعية. يسمى:

1. ارتفاع استهلاك الطاقة في الأساليب الحالية للحصول على هذا النوع من الوقود.
2. الحاجة إلى إنشاء واستخدام حاويات فائقة الإحكام لتخزين الهيدروجين الناتج.
3. عدم وجود شبكة محطات لتزويد المركبات بالوقود بالهيدروجين.

من بين المعدات الإضافية لحرق الهيدروجين في محرك الاحتراق الداخلي للسيارة ، يتم تثبيت فقط نظام إمداد الهيدروجين وخزان لتخزينه. تسمح هذه الطريقة باستخدام كل من الهيدروجين والبنزين كوقود. يتم استخدامه في سيارات الهيدروجين الخاصة بهم من قبل عمالقة السيارات مثل BMW و Mazda.

من الممكن استخدام الهيدروجين الممزوج بالوقود الهيدروكربوني التقليدي. يرجع استخدام هذه الطريقة إلى نفس المشكلات مثل طريقة تشغيل محرك الاحتراق الداخلي على الهيدروجين النقي ، وتوفر وفورات كبيرة في البنزين أو وقود الديزل.

لكن الأكثر تفضيلاً ، يتعرف العديد من الخبراء وصانعي السيارات على السيارات التي تعمل باستخدام خلايا الوقود. بدون الخوض في التفاصيل الفنية ، يمكن وصف هذه العملية على أنها مزيج من الهيدروجين والأكسجين في جهاز يسمى خلية الوقود ، ونتيجة لذلك يتم توليد تيار كهربائي يتم توفيره للمحركات الكهربائية التي تقود السيارة. المنتج الثانوي لهذه العملية هو الماء ، الذي يتم طرده كبخار. يتم استخدام هذه الطريقة بنشاط من قبل شركات تصنيع السيارات مثل نيسان وتويوتا وفورد.

فوائد استخدام وقود الهيدروجين. أهم ميزة لمحركات الهيدروجين. سيؤدي استخدام الهيدروجين إلى التخلص من كمية هائلة من جميع أنواع المواد الضارة التي تدخل البيئة على شكل عوادم عند استخدام الوقود الهيدروكربوني.

من الجاذبية في حقائق اليوم حقيقة أن إمكانية استخدام نفس البنزين لم تضيع.

يمكن أيضًا أن يُعزى عدم وجود أنظمة إمداد وقود معقدة ومكلفة إلى المزايا المهمة لمحركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالهيدروجين على المحركات التقليدية.

وبالطبع ، لا يسع المرء إلا أن يذكر الكفاءة الأعلى بشكل ملحوظ لمحرك الهيدروجين ، مقارنة بالإصدارات الكلاسيكية لمحركات الاحتراق الداخلي.

عيوب المركبات التي تعمل بالوقود الهيدروجين. وتشمل زيادة وزن السيارة نتيجة تركيب خزان الهيدروجين ومعدات إضافية أخرى.

أمان منخفض جدًا عند حرق الهيدروجين النقي في محرك احتراق داخلي. احتمال اشتعالها وحتى انفجارها مرتفع للغاية.

التكلفة العالية لخلايا وقود الهيدروجين ، والتي أكد العديد من صانعي السيارات على استخدامها.

عيب خزانات التيار لتخزين الهيدروجين في السيارة. حتى الآن ، ليس للعلماء رأي لا لبس فيه حول المواد التي من الضروري منها صنع خزانات الهيدروجين للسيارات.

عدم وجود شبكة من المحطات لتزويد المركبات بالوقود بالهيدروجين يعمل سيارة الهيدروجينصعب جدا.

الاستنتاجات

على الرغم من المشاكل التقنية وأوجه القصور الكبيرة ، فإن استخدام الهيدروجين كوقود رئيسي في المستقبل قد حدث. لا يوجد بديل عنها ، على الأقل ليس اليوم.

سيارة الهيدروجين

حافلة خلية وقود الهيدروجين Mercedes Citaro

نقل الهيدروجين - المركبات المختلفة التي تستخدم الهيدروجين كوقود. يمكن أن تكون هذه المركبات ذات محركات الاحتراق الداخلي وخلايا وقود الهيدروجين.

فوائد نقل الهيدروجين

النقل المتنوع مسؤول حاليًا عن 23٪ من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. وفقًا للخبراء ، سيتضاعف هذا الرقم في غضون عشرين عامًا وسيستمر في النمو مع زيادة عدد السيارات الخاصة في البلدان النامية. بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون ، تنبعث أكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي ، وهي المسؤولة عن زيادة الإصابة بالربو ، وأكاسيد الكبريت ، والمسؤولة عن الأمطار الحمضية ، إلخ.

في النقل البحري ، غالبًا ما تستخدم درجات منخفضة ورخيصة من الوقود. ينبعث النقل البحري من أكاسيد الكبريت 700 مرة أكثر من النقل البري. وفقًا للمنظمة البحرية الدولية ، بلغت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من السفن التجارية البحرية 1.12 مليار طن سنويًا.

عند العمل على الهيدروجين ، ينبعث بخار الماء فقط في الغلاف الجوي.

سبب آخر لإدخال نقل الهيدروجين هو ارتفاع أسعار الطاقة ونقص الوقود ورغبة مختلف الدول في تحقيق الاستقلال في مجال الطاقة.

محرك الاحتراق الداخلي

إنجليزي محرك الاحتراق الداخلي للهيدروجين (HICE). محرك احتراق داخلي للهيدروجين.

يمكن استخدام الهيدروجين كوقود في محرك احتراق داخلي تقليدي. في هذه الحالة ، يتم تقليل قوة المحرك إلى 82٪ -65٪ مقارنة بالبنزين. ولكن إذا قمت بإجراء تغييرات صغيرة على نظام الإشعال ، فإن قوة المحرك تزداد بنسبة تصل إلى 117٪ مقارنة بنظيره الذي يعمل بالبنزين.

تاريخ

المخترع فرانسوا إسحاق دي ريفاز (الاب. fr: فرانسوا إسحاق دي ريفاز 1752-1828) محرك الاحتراق الداخلي في عام 1806. كان المحرك يعمل على الهيدروجين الذي أنتجه المخترع عن طريق التحليل الكهربائي للماء. لم يتم استخدام البنزين في محركات الاحتراق الداخلي حتى سبعينيات القرن التاسع عشر.

تطبيق حديث

متوفر حاليًا في إصدارات محدودة:

• BMW الهيدروجين 7. سيارة ركاب ثنائية الوقود (بنزين / هيدروجين). يستخدم الهيدروجين السائل.
• فورد E-450. حافلة (انظر حافلات فورد) ؛
• مازدا RX-8 الهيدروجين. سيارة ركاب ثنائية الوقود (بنزين / هيدروجين).

مخاليط الوقود التقليدي مع الهيدروجين

يتم تقييد الإدخال الواسع لوقود الهيدروجين بسبب الافتقار إلى البنية التحتية اللازمة. يمكن أن تصبح مخاليط الوقود التقليدي مع الهيدروجين حلاً وسيطًا. علي سبيل المثال،

يتم عمل منشآت تنتج الهيدروجين من الماء المقطر على متن المركبة. ثم يضاف الهيدروجين إلى وقود الديزل. يتم تنفيذ هذه التركيبات على شاحنات كبيرة ومعدات التعدين.

طيران

خلايا وقود الهيدروجين

يمكن لخلايا وقود الهيدروجين إنتاج طاقة كهربائية لمحرك كهربائي على متن السيارة ، وبالتالي استبدال محرك الاحتراق الداخلي ، أو استخدامها للطاقة على متن المركبة.

تاريخ

تم إنشاء أول مركبة تعمل بخلايا الوقود في عام 1959 بواسطة شركة Allis-Chalmers Manufacturing Company (الولايات المتحدة الأمريكية). تم تركيب خلايا الوقود القلوية (AFCs) على الجرارات. في عام 1962 - على سيارة جولف. في عام 1967 ، قامت يونيون كاربايد (الولايات المتحدة الأمريكية) بتركيب خلايا وقود على دراجة نارية.

النقل بالسيارات

Hyundai Tucson FCEV على خلايا وقود الهيدروجين

الميزة الرئيسية لإدخال خلايا الوقود في المركبات: الكفاءة العالية. على سبيل المثال ، تمكنت قاطرة بخارية لمدة 150 عامًا من تطورها من تحقيق كفاءة بنسبة 5 ٪. تصل كفاءة محرك الاحتراق الداخلي للسيارات الحديثة إلى 35٪ ، وتبلغ كفاءة خلية وقود الهيدروجين 45٪ أو أكثر. أثناء اختبار ناقل خلية وقود الهيدروجين من قبل شركة Ballard Power Systems الكندية ، تم إثبات كفاءة بنسبة 57٪.

كفاءة بطارية الرصاص الكلاسيكية هي 70-90٪. العامل الرئيسي الذي يعوق الإنتاج الضخم للسيارات الكهربائية هو ندرة البطاريات. بطاريات الرصاص الحمضية ذات سعة منخفضة وكتلة كبيرة. تعد بطاريات هيدريد النيكل والمعدن واعدة أكثر ، لكن إنتاجها الضخم مقيد بسبب ارتفاع سعر النيكل. سيؤدي الإنتاج الضخم لبطاريات هيدريد النيكل والمعدن للسيارات الكهربائية والمركبات الهجينة إلى رفع سعر النيكل أكثر ، وستصبح السيارات الكهربائية غير قادرة على المنافسة من حيث السعر. البطاريات الواعدة هي بطاريات الليثيوم أيون ، لكن إنتاج الليثيوم محدود. في عام 2004 ، كان إنتاج الليثيوم العالمي 254000 طن متري فقط. تقدر الشركة أن عام 2015 سيواجه نقصًا في الليثيوم. يمثل نقل جميع وسائل النقل إلى بطاريات الليثيوم أيون مشكلة - حيث يتم إنتاج القليل جدًا من الليثيوم. يمكن نقل جزء صغير فقط من النقل إلى السيارات الكهربائية.

يتم تصنيع مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية واختبارها:

و اخرين.

يتم تصنيع واختبار الحافلات المزودة بمحطات طاقة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين:

• مرسيدس بنز سيتارو (خلايا الوقود من أنظمة الطاقة بالارد) ؛
• تويوتا - FCHV-BUS ؛
• Thor Industries - (خلايا الوقود من شركة UTC Power) ؛
• Irisbus - (خلايا الوقود من UTC Power) ؛

ونسخ منفردة أخرى في البرازيل ، الصين ، جمهورية التشيك ، إلخ.

اقتصاد خلية الوقود

أوبل زافيرا بمحطة طاقة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين بقدرة 94 كيلو وات. في ظروف واشنطن ، تستهلك 1.83 كجم من الهيدروجين لكل 100 ميل (160 كم) ، أي 4.3 لتر من مكافئ البنزين. تم بيع الهيدروجين في محطة وقود بواشنطن بسعر 4.75 دولار للكيلوغرام (بيانات عام 2005).

نظير بنزين لأوبل زافيرا بمحرك سعة 1.6 لتر. بقوة 85 كيلو واط. يستهلك 5.8 لتر. البنزين لكل 100 كيلومتر.

يستخدم المختبر الوطني للطاقة المتجددة (الولايات المتحدة الأمريكية) في حساباته مدى متوسط ​​يبلغ 12000 ميل في السنة (19200 كم) لسيارة ركاب ، واستهلاك الهيدروجين - 1 كجم لكل 60 ميلاً (96 كم). أي أن سيارة ركاب تعمل بخلايا وقود الهيدروجين تتطلب 200 كجم من الهيدروجين في السنة ، أو 0.55 كجم في اليوم. يعتبر كيلوغرام واحد من الهيدروجين مساويًا في قيمة الطاقة لجالون واحد من البنزين (3.78 لترًا).

النقل بالسكك الحديدية

دراجة بخلايا وقود الهيدروجين المصنعة من قبل شركة Shanghai Pearl الصينية. بدأ التصدير إلى إسبانيا في مايو 2008.

تتطلب هذه التطبيقات قدرًا كبيرًا من الطاقة ، كما أن حجم محطة الطاقة قليل الأهمية. النقل بالسكك الحديدية هو سوق ضخم لمحطات توليد الطاقة التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين. يتم نقل حوالي 60٪ من البضائع بالسكك الحديدية في جميع أنحاء العالم بواسطة قاطرات الديزل.

يخطط معهد أبحاث السكك الحديدية للتكنولوجيا (اليابان) لتشغيل قطار خلايا وقود الهيدروجين بحلول عام 2010. سيكون القطار قادرًا على الوصول إلى سرعات تصل إلى 120 كم / ساعة ، وسيكون المدى في محطة وقود واحدة 300-400 كم. تم اختبار النموذج الأولي في فبراير 2005.

أيضا في أوروبا تم إنشاؤها:

• كونسورتيوم خلية الوقود قارب B.V. يضم الكونسورتيوم الشركات التالية: Alewijnse و Integral و Linde Gas و Marine Service North و Lovers.
• جمعية غير ربحية للهيدروجين وخلايا الوقود في النقل البحري (جمعية الهيدروجين وخلايا الوقود البحرية MHFCA). تضم الجمعية 120 منظمة. أهداف الجمعية: وضع خطط لاستخدام الهيدروجين في النقل البحري ، وإقامة اتصالات لمشاريع بحثية مشتركة ، وتحديد أولويات التنمية ، وتجاوز الحواجز ، ووضع أكواد ومعايير وقواعد لاستخدام تقنيات الهيدروجين في التطبيقات البحرية.

في الولايات المتحدة ، تقوم شركة FuelCell Energy بتطوير محطات طاقة تعمل بخلايا الوقود بقدرة 500 كيلو وات. للتطبيقات البحرية. تعمل الوحدة على أنواع الوقود السائل العسكرية القياسية: وقود الطائرات و ديزل. سيتم إنشاء محطات توليد الطاقة في تصميم معياري ، مما سيسمح باستخدامها في كل من السفن العسكرية والمدنية. الهدف من المشروع هو زيادة كفاءة تقديم الطعام على متن السفن البحرية.

تقوم ألمانيا بتصنيع غواصات من فئة U-212 بخلايا وقود من إنتاج شركة Siemens AG. U-212s في الخدمة مع ألمانيا ، تم استلام الطلبات منها

أصبحت مشكلة استنفاد الموارد الطبيعية أكثر أهمية من أي وقت مضى. عدد السيارات في ازدياد مستمر ومعها استهلاك النفط. وهذا يعني أنه إذا استمر هذا النشاط في الزيادة ، فحينئذٍ ستنفد جميع احتياطيات النفط في العالم قريبًا. وهذا ما دفع المهندسين حول العالم إلى حل المشكلة من خلال ابتكار محركات سيارات يمكنها العمل دون استهلاك موارد النفط. تعتبر محركات السيارات التي تعمل بالوقود الهيدروجين بديلاً.

كيف يتم استخدام الهيدروجين

مع الأخذ في الاعتبار جميع المتطلبات الحالية ل الأنواع البديلةالوقود ، فالهيدروجين هو أفضل مصدر للطاقة. عندما تحصل عليه بالماء ، يمكنك أن تأمل في أنه لا ينضب. بالإضافة إلى ذلك ، فإن وقود الهيدروجين لا يضر بالبيئة.

يوجد بالفعل عدد قليل من السيارات التي تعمل بمحركات تعمل بالهيدروجين ، لكن لا يوجد إنتاج ضخم بعد. على الرغم من أن هذا مخطط بمرور الوقت.

يعتمد تشغيل محرك السيارة الذي يعمل بوقود الهيدروجين على تفاعل جزيئات الماء ، أي تقسيمها إلى مكونات أكسجين وهيدروجين. حاليًا ، هناك اتجاهان يعملان على أساس رد الفعل هذا:

محركات الاحتراق الداخلي للهيدروجين

فيما يتعلق بهذا ، هناك بعض الفروق الدقيقة. أثناء التشغيل ، يحدث التسخين إلى درجات حرارة عالية ، وبالتالي ، يتم الضغط ، والذي بدوره يتسبب في تفاعل الغاز مع جميع الأجزاء المعدنية للآلية ، وكذلك مع مواد التشحيم. في حالة حدوث تسرب صغير ، من الممكن حدوث تفاعل تلامسي مع مجمّع ساخن ، مما يؤدي إلى نشوب حريق. لضمان السلامة ، يوصى باستخدام محرك دوار. نظرًا لوجود مسافة معينة بين المجمعين.

تخضع مبادئ تشغيل نظام الإشعال في محركات السيارات التي تعمل بوقود الهيدروجين أيضًا لبعض التغييرات. هناك فرق في الكفاءة بين تشغيل محرك سيارة يعمل بالاحتراق الداخلي وتشغيل محرك كهربائي قائم على مكونات الهيدروجين. لكن من الممكن تصحيح جميع أوجه القصور في المستقبل ، لأن هذا اختراع جديد.

الوحدات التي تعمل ببطاريات الهيدروجين

يعتمد تشغيل هذه الوحدات على خصائص الحث الكهرومغناطيسي. يستخدم هذا المبدأ أيضًا في تشغيل بطاريات الرصاص. نسبة الكفاءة 45.

للقيام بالمرور عبر هيكل الغشاء تحت قوة البروتونات. يفصل هذا الغشاء شحنات الأقطاب الكهربائية. وهكذا ، يتم إمداد الهيدروجين بالقطب الموجب ، والأكسجين بدوره إلى القطب السالب. تتحرك البروتونات التي تمر عبر بنية الغشاء باتجاه الكاثود ، مما يؤدي إلى تفاعل. بعد ذلك ، يتم تكوين سائل وتيار كهربائي. تمر الكهرباء عبر الأسلاك إلى المحرك الكهربائي وبالتالي تزود محرك السيارة بالطاقة.

محرك الهيدروجين DIY

مولد كهرباء

من أجل تصميم محرك سيارة قوي يعمل بالهيدروجين ، عليك أن تبدأ بمولد. إن الحاوية المغلقة تمامًا ، مع وجود سائل وأقطاب كهربائية مغمورة بداخلها ، تكون مولدًا بسيطًا. يتطلب هذا الجهاز إمدادًا بجهد 12 فولت حتى يعمل.

يتم تفريغ خليط من الهيدروجين والأكسجين من خلال تركيبات خاصة موجودة على غلاف تصميم محلي الصنع. هذا هو أساس تشغيل مولد لمحرك وقود الهيدروجين.

لا يمكن تشغيل النظام بالكامل بدون محرك خاص وبطارية. في ظل هذه الحالة ، يمكنك أخذ مرشح مياه أو شراء تركيب خاص. يتميز التثبيت الخاص بميزة واحدة مهمة ، فهي مجهزة بأقطاب كهربائية ذات أداء عالٍ.

لا توجد صعوبات كبيرة في تكوين الغاز المطلوب - كل شيء بسيط للغاية. تتعلق الصعوبات بكمية الغاز ، فمن الصعب جدًا إنتاجه بالكمية المناسبة. يمكنك زيادة درجة الكفاءة بسبب الأقطاب الكهربائية النحاسية. كما تُستخدم أقطاب كهربائية من الفولاذ المقاوم للصدأ ، لكنها أقل إنتاجية.

ستحتاج أيضًا إلى وحدة إلكترونية تعمل على استقرار العرض الحالي ، نظرًا لأن لها قوة مختلفة. تتطلب ظروف التفاعل الطبيعي مستوى ماء ثابتًا في الوعاء. لذلك ، فإن الأمر يستحق إجراء توريد تلقائي للسائل. بسبب شدة تفاعل التحليل الكهربائي ، يتم إطلاق الملح بكميات كافية.

الأهمية! وتجدر الإشارة إلى أن مسار تفاعل التحليل الكهربائي ممكن فقط في الماء المقطر.

بالنسبة لمحرك وقود الهيدروجين ، يتم تحضير ماء خاص بكمية 10 لترات ، يضاف إليها الهيدروكسيد بمقدار 50 جرامًا.

جهاز محرك الهيدروجين

لتشغيل المحرك بوقود الهيدروجين ، ستحتاج إلى خزانات احتياطية ونظام عادم. بالإضافة إلى ذلك ، يجب تركيب جهاز خاص للتحكم في مستوى السائل.

النصيحة! لتجنب حدوث رد فعل خاطئ ، تحتاج إلى تثبيته داخل العلبة. سيعطي المستشعر نبضات أوامر توفر إعادة الشحن تلقائيًا.

مستشعر الضغط مهم. يتم تضمينه عند علامة 40 رطل / بوصة مربعة. في اللحظة التي يرتفع فيها الضغط ويصل إلى علامة 45 رطل / بوصة مربعة ، يتم إيقاف الضخ. إذا تجاوز الضغط علامة 50 رطل لكل بوصة مربعة ، يتم تنشيط المصهر المركب.

للتثبيت على محرك السيارة بنوع وقود الهيدروجين ، يتم استخدام فتيل ، يتكون من صمام مصمم لضخ الطوارئ وقرص تمزق. يتم تنشيط قرص التمزق عندما يصل الضغط إلى 60 رطل / بوصة مربعة. تتم إزالة الحرارة بواسطة شمعة باردة.

الجزء الكهربائي

يتم تنظيم التردد وعرض النبض في المحرك الذي يعمل بوقود الهيدروجين بواسطة عداد يعمل على مبدأ مولد مخطط النبض.

تم تجهيز لوحة المحرك بجهازين للتشفير النبضي. يجب أن يكون الوسط مجهزًا بمكثف كبير. يبدأ الروبوت الخاص بالثاني بالخروج من جهة الاتصال رقم 3.

يتم توصيل الإخراج الأخير الموجود على العداد بمفاتيح ذات مقاومة 220 و 820 أوم. تحدث الزيادة في التيار إلى المستوى المطلوب بسبب الترانزستور. تقع مسؤولية الحماية بالكامل على الصمام الثنائي 1N4007. يسمح لك ذلك بإعطاء عمليات استقرار النظام.

مركبات الهيدروجين

بالنسبة للأشخاص المهتمين بشدة بفكرة السيارات التي تعمل بالوقود الهيدروجين أو المحركات الهجينة ، يمكن لقادة سوق السيارات تقديم بعض الخيارات للسيارات التي تعمل وفقًا لمخططات مماثلة. في هذا المجال ، نجحت مخاوف مثل Daimler و Honda و Shanghai و VW بشكل ملحوظ. أطلقوا سيارات تعمل بالوقود الهيدروجين في السوق تمثل عمل مهندسيهم.

يعتمد تشغيل هذه السيارة على نظام الهيدروجين. قادرة على الوصول إلى سرعات تصل إلى 160 كم / ساعة. تكفي حشوة واحدة من الهيدروجين لقطع مسافة 500 كيلومتر بالسيارة. يسمح لك حجم الخزان بملء 5 كيلوغرامات من الهيدروجين في شكل سائل. كل يوم يتزايد اهتمام سائقي السيارات بطراز السيارة هذا.

تنتمي هذه السيارة إلى الفئة B وهي مزودة بمحرك كهربائي يعمل بالوقود الهيدروجين ، مما زاد من قوتها بمقدار 115 حصانًا. مرة واحدة للتزود بالوقود تكفي للسيارة لقطع مسافة 400 كيلومتر. في الوقت الحالي ، لم تُسعد سيارة Mercedes F-Cell الجمهور بمظهرها ، ويعمل المهندسون الآن على تحسينها.

هذا هو ممثل آخر للخط "سبعة" من شركة صناعة السيارات BMW. لديها محرك هجين ICE. مصادر الطاقة هي الهيدروجين والبنزين. أجبر محرك الهيدروجين الذي يعمل بنظام الهيدروجين مخترعيه على قضاء حوالي 20 عامًا في إنشائه. تصل هذه السيارة إلى علامة عداد السرعة البالغة 100 كم / ساعة في 9.5 ثانية فقط.

خاتمة

أدى قلق المجتمع الدولي من احتمال ظهور نقص في احتياطيات النفط إلى البحث عن حلول تكنولوجية جديدة من شأنها أن تكون بديلاً جديراً. هكذا ولدت فكرة تطوير محرك سيارة يعمل بوقود الهيدروجين. حتى الآن ، لم تتمكن من الوصول إلى توزيع واسع ، لكن الاهتمام بمثل هذه الجدة يتزايد كل يوم بديناميات إيجابية.

خلايا وقود الهيدروجين. كيف يتم ذلك: