عاجلاً أم آجلاً ، سوف تنفد احتياطيات النفط حول العالم. بطبيعة الحال ، من غير المرجح أن يحدث هذا غدًا ، لكن أسعار الوقود الذي يعتمد على النفط قد ارتفعت اليوم بشكل كبير. هذه الحقيقةأصبح حافزًا جيدًا للمطورين الذين يشاركون في اختراع وقود المستقبل. بالإضافة إلى ذلك ، لا ينبغي أن يكون مجرد وقود ، ولكن يفضل أن يكون وقودًا متجددًا. يعتقد الكثير من الناس أن سيارة الهيدروجين هي لعبة. دعونا نرى ما إذا كان هذا هو الحال.
وقود المستقبل
كتب الكاتب الشهير Jules Verne عن مثل هذا الوقود منذ زمن طويل في روايات مغامراته. في إحدى رواياته حول موضوع مصدر الطاقة البديلة ، قال الكاتب إن الماء العادي سيصبح منتجًا للطاقة. وهذا ما حدث. نعم ، هذا ليس خيال.
الماء ، أو بالأحرى ، أحد مكوناته - الهيدروجين - ليس فقط العنصر الكيميائي الأول. كما أنها مصدر طاقة المستقبل. وتخيلوا ، هذا المستقبل قريب جدًا بالفعل.
اليوم ، تنتج الشركات اليابانية محركات تعمل فقط على هذا النوع من الوقود. سيارة تويوتا الهيدروجينية هي أول سيارة يتم إنتاجها بكميات كبيرة في العالم ومجهزة بهذا المحرك.
السيارة سيدان بأربعة أبواب. لها محرك كهربائي بسعة 151 حصان. من. تسأل ، ما علاقة الهيدروجين به ، لأن المحرك كهربائي؟ دعونا نفهم ذلك.
تقنيات "Toyota-Mirai"
يتم تشغيل المحرك الكهربائي بواسطة محول خاص. وهو بالفعل يتلقى الطاقة مباشرة من الهيدروجين. يتم احتواء الغاز في خزانات السيارة تحت ضغط عالٍ. الحاويات مصنوعة من 
لكن رد الفعل لا يزال بحاجة إلى الأكسجين. نعم إنه كذلك. تتلقى السيارة الأكسجين مباشرة من المبرد أثناء القيادة. سيكون ملء خزانين بالهيدروجين كافياً لتغطية مساحة تصل إلى 480 كم بالسيارة. يستغرق التزود بالوقود 3 دقائق فقط. خلال هذا الوقت ، سيتم سكب 170 لترًا من الغاز في خزانات السيارة. في المتوسط ، تستهلك السيارة التي تعمل بالهيدروجين حوالي 4.7 لترًا لكل 100 كيلومتر.
كيف تعمل؟
عندما يتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين ، يحدث تفاعل عنيف. تفاعل كيميائييتم خلالها توليد الطاقة الكهربائية. يتم تخزينه في البطارية. يتم تشغيل السيارة بواسطة محرك تيار متردد متزامن.
الخصائص التقنية لـ "اليابانية"
أقصى سرعة يمكن لسيارة الهيدروجين أن تصل إليها هي 180 كم / ساعة. حتى 100 كم ، يمكن للسيارة أن تتسارع في 9 ثوانٍ فقط.
بالإضافة إلى حقيقة أنه يمكنك ركوب "ياباني" وعدم الإضرار بالبيئة ، يمكن أيضًا استخدام هذه السيارة في المنزل كمحطة طاقة. يدعي المهندسون والمصممين الذين شاركوا في تطوير الحداثة أنه بمساعدة مثل هذا النظام ، يتم توفير التيار للمنزل بأكمله. وبالتالي ، يمكنك الاستمتاع بحرية لمدة 5 أيام.
خصومات الوقود للعملاء
سيحصل سكان اليابان والولايات المتحدة الذين يشترون سيارة تعمل بالهيدروجين على خصومات كبيرة وتزويد سياراتهم بالوقود مجانًا. مؤلفو المشروع الضخم على يقين من أنهم سينجحون. ومع ذلك ، فإن شركات صناعة السيارات الأخرى لا تجلس مكتوفة الأيدي. وقريبًا ، يمكن للمستهلكين الحصول على مجموعة كبيرة من سيارات الوقود البديل.
عظيم ورهيب
حقيقة أن الهيدروجين يمكن أن يصبح رقم 1 في مسائل الوقود البديل قد تم الحديث عنها لفترة طويلة. حتى قبل الأزمة الاقتصادية في عام 2008 ، كانت وسائل الإعلام تنشر باستمرار تقارير حول مدى روعة استخدامك لقوة الهيدروجين. 
تم اعتبار أي سيارة تعمل بالهيدروجين بمثابة اختراق ، وتم نصب منشئوها تقريبًا في وجه القديسين. اعتبر القراء وسائقو السيارات غير المستعدين بثقة أن هذا اختراق حقيقي ، ولكن يجب القول أن هذا ليس كذلك.
قبل 150 سنة
يختلف الوضع الحقيقي قليلاً عما هو مكتوب في المدونات المخصصة للطاقة البديلة. تم استخدام الهيدروجين بهذه السعة لنحو 150 عامًا. ساعد في كسب الحرب.
أول محرك احتراق داخلي يستخدم مثل هذا الوقود تم بناؤه بواسطة Lenoir في عام 1860. ثم ، في عام 1942 ، كان هناك نقل هائل إلى حد ما لجميع تقنيات السيارات إلى مصدر طاقة الهيدروجين.
حدث ذلك في مدينة لينينغراد المحاصرة. في البداية ، كان من المقرر استخدام الهيدروجين في أنظمة الدفاع الجوي للبالونات. ومع ذلك ، تمكن المهندسون الروس العظماء من تغيير الوضع.
كيف كان؟
تم استخدام طائرات إيرباص لحماية المدينة. هذه الأجسام الطائرة المصنوعة من المطاط ، المليئة بالهيدروجين ، جعلت من المستحيل على الطائرات الفاشية إطلاق النار على المدينة.
ومع ذلك ، كان لحماية الهواء المطاطي عيبًا كبيرًا. بسبب حقيقة أن قذيفة إيرباص سمحت لهذا الغاز بالمرور ، كانت الطائرات تنزل. بدلا من الهيدروجين ، حلت محلها أبخرة مائية مختلفة ، وكذلك غازات أخرى. لذلك ، في بعض الأحيان تم إنزال الباصات الجوية على الأرض ، ونزفت وإعادة التزود بالوقود مرة أخرى.
تم استخدام الروافع وشاحنات البنزين GAZ AA للتزود بالوقود في الحافلات الجوية. وفي ظل ظروف الحصار ، كان البنزين باهظ الثمن في لينينغراد. استنفدت الحرب الإمدادات ، وخدم بوريس شليتس ، الذي كان حينها تقنيًا عسكريًا ، في محطة الوقود التابعة لهذه الطائرات. وبالتالي. لم يكن هناك بنزين ، أي تمامًا. حاول استخدام الرافعات الكهربائية لإنزال الأجسام الطائرة. ومع ذلك ، سرعان ما نفد التيار الكهربائي. تمت تجربة العديد من مصادر الطاقة البديلة المختلفة. 
ذات يوم ، اعتقد فني عسكري أنه يمكن استخدام الهيدروجين بطرق أخرى غير مجرد نزفه في السماء. بعد كل شيء ، فإن الحرارة التي يطلقها هذا الغاز أثناء الاحتراق أعلى 4 مرات من تلك الناتجة عن الفحم ، و 3 مرات أعلى من تلك الناتجة عن البنزين والمنتجات البترولية الأخرى. طلب Shelitz إذنًا لإجراء التجربة ، وتم التوقيع عليه. هل أحتاج أن أقول إن هكذا ظهرت سيارة الهيدروجين؟
مبدأ التشغيل
يتلخص مخطط العالم في ربط طائرة إيرباص بخرطوم بمجمع مدخل محرك السيارة. يدخل الهيدروجين مباشرة في الاسطوانات متجاوزا المكربن. تم إجراء جرعة الهيدروجين وكذلك الهواء اللازم للتفاعل باستخدام صمام خانق أو دواسة "الغاز".
أجرى Shelitz تجاربه الأولى في الصقيع. بدأ تشغيل المحرك بسهولة بالرغم من درجة الحرارة بالخارج. المحرك يعمل بثبات ولفترة طويلة. صحيح ، انفجرت البالونات وأصيب شليتز بالصدمة. بعد ذلك ، تم اختراع نظام حماية خاص. يعتمد على مانع تسرب الماء ، والذي يستبعد اشتعال الخليط أثناء الومضات في مشعب المحرك. لذلك أصبحت السيارة على الهيدروجين أكثر أمانًا.
بالمناسبة ، بعد تفكيك أحد المحركات ، لم تكن هناك علامات تآكل عليه عمليًا. لم يكن هناك سخام في الاسطوانات ، ولكن بخار الماء فقط.
الهيدروجين ينقذ الأرواح
ساعدت آلة الهيدروجين التي تم اختراعها بهذه الطريقة خلال الحرب في إنقاذ العديد من الأرواح ، وتحمل الحصار ، وحصل شليتز نفسه على جائزة لهذا التطور ، بل وحصل على براءة اختراع لها. حصل المطور على جائزة Red Star.
تاكسي الهيدروجين
بعد الحرب ، عندما لم يكن هناك مكان للحصول على الهيدروجين ، بدأوا في نسيانه. ومع ذلك ، لا يزال بعض الناس يتذكرون كيف عملت سيارة أجرة في أوكرانيا ، في خاركوف ، ولكن ليس بسيارة واحدة ، ولكن واحدة تعمل بالهيدروجين.
وفر مع غاز براون
في معظم محركات الاحتراق الداخلي الحديثة للسيارات ، يحترق الوقود بعيدًا عن المستوى الأمثل. يتم فقدان حوالي 60٪ من خليط الهواء والوقود ببساطة في أحشاء مجمع العادم. في المجمع ، لا يحترق الخليط تمامًا ، وفي نفس الوقت يشكل أيضًا غازات عادم سامة جدًا.
يمكنك استخدام مولد الهيدروجين. هذه معدات جديدة بشكل أساسي ستوفر بشكل كبير الوقود في السيارة. تحتوي معظم هذه الأجهزة على مخطط دائرة قياسي. ومع ذلك ، قد يكون لمولد الهيدروجين نفسه للسيارات من مختلف الصانعين اختلافات معينة.
تم استخدام الهيدروجين كمادة مضافة للوقود لفترة طويلة. ولكن بعد ذلك لم تكن هناك أنظمة لتحسين خليط الوقود وما يسمى بغاز براون ، الذي تم إدخاله في الأسطوانات.
بالنسبة للسيارة ، تستخدم مبدأ التحليل الكهربائي في عملها. يستخدم الماء هنا كعامل مساعد. لكنها لا تتحلل إلى مكونين - الأكسجين والهيدروجين. المولدات الحديثة لا تستخدم أكثر من غاز براون. إنه هيدروجين بني أو أخضر. يشار إليه أحيانًا باسم غاز الماء أو الأكسجين الهيدروجين. صيغته هي HHO. الفرق هو أنه آمن تمامًا ولا ينفجر. بالإضافة إلى ذلك ، فإن كل الغاز الناتج سيدخل الأسطوانات بالكامل.
تتكون هذه المولدات من جهاز ينتج التحليل الكهربائي ووعاء. يتم التحكم في عمليات التحليل الكهربائي بواسطة مُعدِّل خاص. في محركات الحقن ، يوفر التصميم أيضًا مُحسِّنًا. يسمح لك بضبط نسبة خلط الوقود والهواء تلقائيًا بغاز براون.
أنواع المحفزات
الأجهزة التي تستخدم في المحلل الكهربائي هي بسيطة ومنقسمة الخلية ونوع جاف.
في الحالة الأولى ، يكون للمحلل الكهربائي أبسط تصميم بدائي إلى حد ما. كما أن إدارتها بسيطة للغاية. الجهاز قادر على توصيل ما يصل إلى 0.7 لتر من الغاز في الدقيقة. إنه مخصص للسيارات التي تصل سعتها إلى 1.4 لتر.
المحفز بنوع خلية منفصل هو بالفعل شيء أكثر كفاءة. هنا ، كاملة مع المعدات ، هناك كل البرامج اللازمة. يمكن للجهاز إنتاج حوالي 2 لتر في الدقيقة. هذه الآلة هي الأكثر كفاءة. 
يستخدم الجهاز من النوع الجاف بشكل أساسي في الآلات ذات دورات العمل الطويلة بدرجة كافية. أداؤها متوسط. يعتمد ذلك على عدد اللوحات الموجودة في هذا التصميم. نظرًا لأن الألواح لها ترتيب مفتوح ، فقد اتضح أنها توفر تبريدًا جيدًا.
كيف تصنع خلية وقود للسيارة؟
يمكن صنع خلية وقود أو جهاز ينتج الهيدروجين من الماء ويوضع على متن السيارة بشكل مستقل. بعد ذلك يحتاج الغاز المتولد إلى أن يُغذى في مشعب السحب. بهذه الطريقة يمكنك تحقيق انخفاض كبير في استهلاك الوقود ، وفي بعض الحالات يمكنك زيادة قوة السيارة.
في الولايات المتحدة ، يتم تصنيع مولد الهيدروجين لسيارة في المصانع ويمكن شراؤه مقابل 300 دولار. ومع ذلك ، سنحاول أن نفعل الشيء نفسه ، ولكن بأيدينا.
ما هو المطلوب للتجميع؟
لإنشاء هذا الجهاز ، نحتاج إلى علبة بولي إيثيلين وألواح وأقطاب كهربائية معدنية وأسلاك للتوصيل ومشابك وخراطيم بالإضافة إلى مادة مانعة للتسرب وشريط للإغلاق. تحتاج أيضًا إلى مطاط السيليكون.
تعليمات التجميع
من أجل صنع سيارة على الهيدروجين بيديك ، تحتاج إلى إيجاد حاوية مناسبة من حيث الحجم. سوف تحتوي على ماء عادي. داخل الحاوية ، وفي هذه الحالة علبة بلاستيكية ، يمكنك تثبيت الألواح المعدنية. سيكون من الأفضل لو كانت من الفولاذ المقاوم للصدأ. يجب توصيل الأقطاب الكهربائية باللوحات.
يجب أن يكون الغطاء سهل الإزالة أو الإغلاق بإحكام ويمكن ملؤه بالماء بسهولة. يجب أن يحتوي الجزء العلوي على أنبوب لتصريف الهيدروجين مباشرة إلى مشعب سحب سيارتك. تأكد من إغلاق الغطاء بإحكام. الهيدروجين والأكسجين من الغازات الخطرة للغاية. ثم تحتاج إلى عزل المسافة بين اللوحات. بهذه الطريقة يمكنك تحسين إنتاج الغازات وتقليل الخسائر المحتملة.
أثناء تشغيل هذا المولد ، يجب أن تراقب بعناية أن الخيوط من الأقطاب الكهربائية ولوحاتنا لا تنفك. هذا ينطوي على خطر نشوب حريق. يجب أن يكون غلاف المولد الخاص بنا موثوقًا به قدر الإمكان. سيساعد مطاط السيليكون على عزل الغطاء.
ترقية المولد
من أجل تحسين نظام إنتاج الهيدروجين ، أضف خزانًا آخر لهذا النظام. يجب أن يكون أعلى قليلاً من الأول. يمكنك توصيلهم بالأنابيب. بهذه الطريقة يمكنك استخدام النظام بشكل أكثر كفاءة.
الوحدة الالكترونية
يمكن أيضًا تجميع هذا الجزء من المولد بأيديكم ، خاصة إذا كانت لديك معرفة في مجال الإلكترونيات. إذا لم تكن هناك مثل هذه المعرفة والمهارات ، فمن الأفضل اللجوء إلى المتخصصين في هذه المجالات. يجب أن تقوم وحدة التحكم تلقائيًا بتغيير التيار الذي يتم توفيره للوحات ، بناءً على سرعة المحرك.
لا يمكن ضبط الطاقة بشكل تجريبي إلا على سرعة تباطؤ المحرك ، وكذلك عند التحميل. يجب أن تتلقى الوحدة الإلكترونية معلومات من مستشعرات نظام التحكم في السيارات. 
بعد تثبيت هذا المولد ، تحتاج إلى التحقق مرة أخرى من ضيق وموثوقية جميع اتصالات هذا التصميم. التسرب خطير ليس فقط بسبب احتمالية حدوث انفجار ، مثل هذه الآلة ستؤدي إلى. ونتيجة لذلك ، سيكون التأثير سلبيًا للغاية. لكن بشكل عام ، تتيح لك هذه السيارة التي تعمل بالطاقة الهيدروجينية ، المصنوعة بيديك ، توفير 25٪ إلى 40٪ من الوقود.
تم استخدام هذه المعدات وطرق توفير الوقود بنجاح في جميع أنحاء العالم لفترة طويلة. لطالما كان الممثل الشهير أرنولد شوارزنيجر يقود سيارة مركبة تعمل بالبنزين والهيدروجين. السيارة كلف النجم السينمائي 150 ألف دولار. يبلغ استهلاك الوقود في هذا المحرك المشترك 5.8 لترًا لكل 100 كيلومتر.
اليوم ، يمكن أن تكون مثل هذه السيارة التي تعمل بالهيدروجين في روسيا مناسبة جدًا أيضًا.
لذلك ، اكتشفنا جميع ميزات ومبدأ تشغيل السيارات على هذا النوع من الوقود البيئي. كما ترون ، هذا بديل حقيقي جدًا لبنزين اليوم. وهناك آمال في أن تنتقل البشرية في العقود القادمة إلى مرحلة جديدة من التطور ، حيث تسير السيارات التي تعمل بالهيدروجين في الشوارع.
تميز شهر نوفمبر 2013 بحقيقة أن اهتمام شركة Toyota قدم للجمهور سيارة جديدة - سيارة سيدان أنيقة ، والتي طورتها الشركة لأول مرة كسيارة هيدروجين هجينة تعمل بخلايا الوقود.
وأقيم العرض في واحدة من أكبر وكلاء السيارات في طوكيو ، حيث أعلن رئيس الشركة عن اسم الاختراع الأصلي "تويوتا ميراي" ، كما أعلن عن خطط القلق للمستقبل القريب.
معلمات سيارة الهيدروجين من تويوتا
تم أخذ أساس النموذج الجديد "Toyota FCV". في الوقت نفسه ، تم تحسين وتحديث الأنظمة والوحدات الرئيسية نوعياً ، مما أدى إلى إنشاء تحفة منفصلة لإنتاج السيارات. الخلوص الأرضي الأمثل 130 مم ، النسب المريحة لسيارة السيدان ذات المقاعد الأربعة والدفع بالعجلات الأمامية تكتمل بالمعدات الأساسية مع عجلات R17 المصنوعة من السبائك الخفيفة والتركيب الهجين الفريد FCA110.
هذا التثبيت هو الذي يسمح للسيارة بأداء الأعمال وأداء وظائفها بمساعدة خلايا وقود الهيدروجين - تفاعل كيميائي بين الأكسجين والهيدروجين ، والكهرباء المتولدة نتيجة لذلك.
في هذه الحالة ، لا تحدث عملية الاحتراق ، ويتم تحويل الهيدروجين إلى تيار كهربائي بكفاءة قصوى تبلغ 83٪ (هذا بمتوسط كفاءة لمحركات سيارات تويوتا بنسبة 23٪).
تبلغ قوة المحرك الكهربائي لسيارة تويوتا ميراي الجديدة 154 حصانًا أو 113 كيلووات. الكهرباء التي تولدها خلايا الوقود تمر عبر محول تصاعدي خاص. بعد ذلك ، يتم تحويل التيار المباشر إلى تيار متردد ، مما يزيد الجهد إلى 650 فولت.
تويوتا ميراي - الأمان على الطريق وفي الجو
يمكننا التحدث عن مزايا السيارة الجديدة لفترة طويلة. تبدو واثقة بشكل خاص ومفيدة بالمقارنة مع أي مركبات حديثة مجهزة بمحركات الاحتراق الداخلي أو الهجينة. يمكن اعتبار المزايا الرئيسية لـ "تويوتا ميراي" كالتالي:
- إعادة التزود بالوقود بسرعة - لا يستغرق ملء خزانين أكثر من ثلاث دقائق ؛
- انبعاثات صفرية للمواد الضارة في الغلاف الجوي ؛
- احتياطي الطاقة في محطة وقود واحدة (خزان واحد يكفي 650 كم).
حتى بالمقارنة مع السيارات الكهربائية ، تعد Mirai وحدة أكثر نجاحًا ، نظرًا لحقيقة أن السيارات الكهربائية تستغرق عدة ساعات لشحنها ويمكن أن تقطع مسافة أقل بكثير بشحنة واحدة.
إنتاج سيارات الهيدروجين في اليابان والعالم
السعر سيارات الهيدروجينالجيل الجديد ، وفقًا لحسابات تقريبية ، سيتأرجح بين 57-70 ألف دولار. ستدخل تويوتا ميراي "في التجارة" في ديسمبر 2014 (لسوق السيارات اليابانية) ، وفي أوروبا والولايات المتحدة ، ستبدأ مبيعات تويوتا التي تعمل بالهيدروجين في عام 2015.
هناك مشكلة أخرى لم يتم حلها بالكامل وهي مشكلة إعادة تزويد سيارات الهيدروجين بالوقود أثناء بيعها بالجملة. في بعض البلدان ، بدأت محطات تعبئة الهيدروجين في الظهور بالفعل ، لكن لم يكن هناك تطور واسع النطاق حتى الآن.
على سبيل المثال ، لا يوجد سوى 82 محطة تعبئة في جميع أنحاء أوروبا ، و 124 في أمريكا ، و 23 محطة تعبئة هيدروجين في الصين.
بالمناسبة ، أعلنت شركة تصنيع يابانية أخرى مؤخرًا أنها ستطلق سيارتها الهيدروجينية ، هوندا FCV (تم إصدار أول نموذج أولي لسيارة Honda FCX Clarity في عام 1999) وفي عام 2016 ، سيتم بيع سيارة Honda Fuel Cell eXperimental الجديدة في اليابان ، أوروبا والولايات المتحدة الأمريكية.
هذه المقالة هي دليلك إلى عالم المركبات التي تستخدم الهيدروجين كوقود. سننظر إلى الهيدروجين كمصدر بديل للوقود من منظور العلم والتطبيق العملي والاقتصاد والاقتصاد.
بحلول نهاية العقد ، يجب أن تشق المركبات التي تعمل بالهيدروجين من الشركات المصنعة مثل GM و Honda و Hyundai و Mercedes-Benz و Toyota طريقها إلى شبكات الوكلاء. ستكون موثوقة ومتعددة الاستخدامات ، على الرغم من أنها ستكلف ثروة ، بالإضافة إلى أنه سيكون من الصعب جدًا ملؤها. من الواضح أن هناك العديد من العقبات التي تواجه خلايا وقود الهيدروجين للتغلب عليها من أجل تمهيد الطريق للمستهلكين. في الأسفل يكون رسم تخطيطي لكيفية صنع خلية الوقود.
كيف تعمل خلايا الوقود وما هي بشكل عام؟
عن طريق ضخ الأكسجين والهيدروجين عبر الكاثودات والأنودات التي تتلامس مع محفز البلاتين ، يحدث تفاعل كيميائي ، ونتيجة لذلك نحصل على الماء والكهرباء. هناك حاجة إلى مجموعة من عدة عناصر (خلايا) من أجل زيادة شحنة 0.7 فولت في خلية واحدة ، مما ينتج عنه جهد أعلى وأكثر فائدة. يمكن أن تكون خلايا الوقود أكثر كفاءة بنسبة تصل إلى 80 بالمائة من البنزين العادي. بالإضافة إلى ذلك ، حتى الحديثة الموجودة والمستخدمة بنشاط مصادر بديلةالوقود في المركبات زيت نباتي(المزيد عن هذا) أو غاز طبيعي, ليست فعالة مثل وقود الهيدروجينلأنها غير قابلة للتجديد.
من أين نحصل على الهيدروجين لوقود السيارات؟
لا يمكن أن تبدأ ثورة خلايا الوقود بدون محطات وقود كافية ، لذا فإن النقص الملحوظ في هذه البنية التحتية لا يزال يعيق تطوير الهيدروجين كوقود بديل. نود أن نلاحظ أنه في هذا المقال سنتحدث أكثر عن سوق وقود الهيدروجين الأمريكي ، لأنه في روسيا ، هذا غير وارد في الوقت الحالي. إن ضغط المصالح النفطية من قبل من هم في السلطة كبير للغاية. لذا ، فقد توقفت الأعذار القديمة منذ فترة طويلة عن إرضاء عقول الأمريكيين الفضوليين. إنهم جميعًا يرون مركبات خلايا الوقود العامة مثل Honda FCX Clarity التي تنقل الأشخاص من وإلى العمل كل يوم. فلماذا لا يوجد حتى الآن محطات وقود؟
في روسيا ، يحدث وضع مماثل مع محطات غاز الميثان. في البلدات الصغيرة ، توجد محطة وقود أو محطتين من هذا القبيل ، ونتيجة لذلك تصطف طوابير مجنونة من سيارات الأجرة ذات المسار الثابت والشاحنات الصغيرة. مرة أخرى ، يعيق لوبي النفط تطوير محطات غاز الميثان. في أمريكا ، يختلف سبب التأخير في تطوير البنية التحتية لملء وقود الهيدروجين قليلاً. المزيد عن هذا لاحقًا.
قد يضطر المواطن الأمريكي العادي ، اعتمادًا على المكان الذي يعيش فيه ، إلى الانتظار قليلاً حتى تصل محطات تعبئة الهيدروجين. في الآونة الأخيرة ، قبل خمس سنوات ، تقارب الرأي العام على أن "طرق الهيدروجين السريعة" ستقود المستقبل ، وأن الولايات المتحدة كانت تخطط بالفعل لبناء محطات على طول ساحل كاليفورنيا ، من مين إلى ميامي. 
فقط أضف الماء.تستخدم محطات الهيدروجين الشمسية في هوندا الطاقة الشمسية والمحلل الكهربائي لفصل "H" من "O" إلى H2O. بعد الفصل ، يتم تخزين الهيدروجين في خزان ضغط 34.47 ميجا باسكال (ميجا باسكال). باستخدام الطاقة الشمسية فقط ، يمكن للمحطة إنتاج حوالي 5700 لتر من الهيدروجين سنويًا (هذا الوقود يكفي عمليًا لسيارة واحدة لمدة عام). عند توصيلها بالشبكة الكهربائية ، يمكن للمحطة أن تنتج ما يصل إلى 26 ألف لتر في السنة.
الآن هناك فكرة جديدة: إنشاء مجموعة من المحطات في مكان واحد لخدمة مساحة كبيرة بما يكفي. يتضمن استخدام مثل هذه الخطة تطوير هذا الجزء من السوق بالقرب من محطات الوقود ، ويجعل الهيدروجين وقودًا أكثر جاذبية لمشتري السيارة المحتمل.
يعتمد مصدر وقود الهيدروجين أيضًا على المكان الذي تعيش فيه والموارد المتاحة لك. في المستقبل القريب ، ستملأ محطات الوقود السيارات بالهيدروجين الذي تنقله ناقلات النفط الكبيرة ، والتي لن تكون إمداداتها بأي حال من الأحوال أدنى من إمدادات البنزين الحديثة من المصافي. على المدى الطويل ، ستتعلم مصانع الهيدروجين المحلية كيفية الاستفادة من الموارد المحلية ومن مصادر الطاقة المتجددة.
طريقة فصل الهيدروجين عن طريق إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار قابلة للتطبيق على الوقود الأحفوري ، عادةً الغاز الطبيعي ، والذي يتم تسخينه وإضافة محفز. الغاز الطبيعي ليس مصدرًا متجددًا للطاقة ، ولكنه شائع في بلدنا ، وتزعم وزارة الطاقة أن السيارات الهيدروجينية التي تم إصلاحها تحتوي على نصف انبعاثات السيارات التي تعمل بالبنزين. أيضًا ، يتم إنتاج الهيدروجين المعدل على نطاق واسع وهو حاليًا أرخص من الهيدروجين من مصادر أخرى. يمكنك قراءة التفاصيل حول هذه المسألة في مادتنا "".
يمكن أيضًا الحصول على الهيدروجين من الكتلة الحيوية مثل النفايات الزراعية ونفايات الحيوانات ومياه الصرف الصحي. باستخدام عملية تسمى التغويز ، تتعرض الكتلة الحيوية لدرجة الحرارة والبخار والأكسجين لإنتاج غاز ينتج في النهاية هيدروجينًا نقيًا بعد مزيد من المعالجة. "هناك مدافن نفايات هي بالفعل مصادر جاهزة لهذا الغاز ، والتي سيتم إهدارها ، ويمكن أن تصبح مصدرًا للهيدروجين" ، كما يقول مدير سياسة البحث في الرابطة طاقة الهيدروجينوخلايا الوقود ، جيمس فارنر.
هناك أيضًا التحليل الكهربائي ، وهي عملية فصل الهيدروجين عن الماء باستخدام التيار الكهربائي. تبدو هذه الطريقة أكثر إغراءً من الوقود الأحفوري ومخلفات الحيوانات ، لكن لها عيوبها. في الوقت الحاضر ، تعتبر طريقة التحليل الكهربائي تنافسية في المناطق التي تكون فيها الكهرباء رخيصة نسبيًا. هناك أجهزة تحليل كهربائية تعمل بالطاقة الشمسية أو طاقة الرياح ، لكن تكاليف مصادر الطاقة المتجددة لم تصل إلى المستوى الذي يسمح ببث الحياة في هذه الطريقة لإنتاج وقود الهيدروجين.
يقول فارنر: "بمجرد أن يجد الهيدروجين مكانه المناسب في سوق الوقود ، وبمجرد أن يكون هناك طلب عليه ، بالإضافة إلى طرق مختلفة للحصول عليه ، سنرى ما هو أكثر مما يرضي المستهلكين المحتملين". "ستتطلب بعض طرق استخراج الهيدروجين قوانين جديدة تحكم إنتاجه. إذا استمر الطلب المستمر على الهيدروجين ، فسترى أن لوائح المياه الخاصة بدفن النفايات والتحليل الكهربائي تبدأ في التنظيم ".
خفض التكلفة وتطوير النطاق
حاليا ، أكبر عقبة أمام مصنعي سيارات الهيدروجين هي تكلفة التقنيات الحالية. على سبيل المثال ، تعتمد كومة خلايا الوقود المستخدمة في السيارات حتى الآن على البلاتين كعامل مساعد. إذا لم يمض وقت طويل فقد كرست نفسك للبحث خاتم الزواجأو هدية رمزية لمن تحب ، ربما تتخيل مدى تكلفة هذا المعدن.
أظهر العلماء في مختبر لوس ألاموس الوطني أن استبدال هذا المعدن باهظ الثمن بمعادن أكثر شيوعًا مثل الحديد أو الكوبالت كعامل مساعد أمر ممكن. وقد طور العلماء في جامعة كيس ويسترن ريزيرف محفزًا من الأنابيب النانوية الكربونية أرخص بـ 650 مرة من البلاتين. يمكن أن تؤدي إعادة تدوير المحولات الحفازة إلى تقليل التكاليف بشكل أكبر ، على الرغم من أن شركات صناعة السيارات لم تكشف بعد عن مقدارها.
في هذا البحث لتحسين خلية وقود الهيدروجين لا ينتهي عند هذا الحد. على سبيل المثال ، تفكر مرسيدس في ضغط الهيدروجين إلى ضغط 68.95 ميجا باسكال (ميغا باسكال) بحيث يمكن حمل المزيد من الوقود على متن السيارة ، مع التخزين المتقدم كمخزن إضافي للطاقة. مع هذه التحسينات ، وفقًا للدكتور هربرت كوهلر ، نائب رئيس الشركة لأبحاث تكنولوجيا السيارات المتقدمة ، سيكون للمركبات القادمة مدى يزيد عن 1000 كيلومتر.
من خلال هذه التقنية ، يمكن أيضًا تحقيق كفاءة إضافية عن طريق إعادة تصميم بنية مجموعة العناصر. بالفعل ، تدعي وزارة الطاقة أن تكلفة بناء مركبات تعمل بخلايا الوقود قد انخفضت بنسبة 30 في المائة في السنوات الثلاث الماضية وبنسبة 80 في المائة في العقد الماضي. في الوقت نفسه ، تضاعفت متانة خلايا الوقود ، لكن هذا لا يكفي ، يجب مضاعفته. يقال إن مركبات خلايا الوقود الحديثة تدوم 2500 ساعة على الأقل (أو حوالي 120 ألف كيلومتر) ، وهذا ليس جيدًا بما فيه الكفاية. يقول أحد أعضاء المجلس العلمي لبرنامج خلايا الوقود الوزاري: "من أجل التنافس مع التقنيات الأخرى ، نحتاج إلى تحقيق 5000 ساعة على الأقل".
تأمل تويوتا في بيع سيارة سيدان تعمل بالهيدروجين مقابل 50 ألف دولار. في حين أن التقدم التكنولوجي قد يقلل التكاليف في النهاية ، فإن المدخرات الحقيقية قصيرة الأجل لا يمكن أن تتحقق إلا من حجم الإنتاج. من الأمور المحزنة في الإنتاج أنه لا يوجد توريد بالجملة لقطع غيار مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية ، حتى FCX Clarity ، التي هي بالفعل في سلسلة الإنتاج ، لا يتم تزويدها بأجزاء إضافية وأسعار الجملة لها. ولكن هناك أمل في أن يتمكن المصنعون من التثبيت خلايا الوقودالهيدروجين في نماذج مكلفة بالفعل للتكيف المبكر ، وبالتالي تقليل خسائرها. يمكننا وضع هذه التكنولوجيا في السيارات التي يتم تسعيرها مثل السيارات الفاخرة. في حين أن السوق ، غير مستعد لمثل هذه الابتكارات ، من شأنه أن يهضم هذه الحداثة ، فإننا (صانعي السيارات) سنزيد الأحجام في ذلك الوقت ، "كما يقول ستيف إليس ، مدير مبيعات سيارات خلايا الوقود في شركة هوندا.
خلايا الوقود التي تحتوي على وقود هيدروجين في الميدان
ابتداءً من عام 2008 ، بدأت هوندا برنامج تأجير محدود لـ 200 سيارة من طراز FCX Clarity تعمل على خلايا وقود الهيدروجين. نتيجة لذلك ، دفع 24 عميلًا فقط من جنوب كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية رسومًا شهرية قدرها 600 دولار على مدار ثلاث سنوات. منذ انتهاء عقد الإيجار في عام 2011 ، قامت شركة هوندا بتمديد العقود مع هؤلاء العملاء وإضافة عقود جديدة لحملتها البحثية. إليك ما تعلمته الشركة أثناء البحث:
1. قام سائقو FCX Clarity برحلات قصيرة عبر وحول لوس أنجلوس دون أي مشكلة (تدعي هوندا أن FCX تتميز بمدى يبلغ 435 كم).
2. يعتبر الافتقار إلى البنية التحتية الضرورية مصدر إزعاج كبير للمستأجرين الذين لا يعيشون بالقرب من إحدى محطات تعبئة الهيدروجين السبع في كاليفورنيا. جميع المحطات قريبة من لوس أنجلوس ، مما يؤدي فعليًا إلى ربط السيارات بمنطقة طولها 240 كيلومترًا.
3. في المتوسط ، قطع السائقون 19.5 ألف كيلومتر في السنة. تجاوز أحد المستأجرين الأوائل للتو علامة الـ 60.000 كيلومتر.
4. يتلقى التجار الذين يستأجرون سيارات FCX Clarity تدريبًا خاصًا لتثقيف العملاء. يقول ستيف إليس ، مدير المبيعات والتسويق لمركبات خلايا الوقود في هوندا: "يتم طرح أسئلة على مندوبي المبيعات كما لم يسمعوا بها من قبل من قبل".
هل سيحصل هذا البرنامج على دعم حكومي؟
يتفق صانعو السيارات وبناة البنية التحتية على أن التدخل الحكومي هو أحد السبل لخفض التكاليف على المدى القصير. ومع ذلك ، يبدو ذلك غير مرجح في الولايات المتحدة.
مع وزير الطاقة ستيفن تشو ، حاولت إدارة أوباما مرارًا وتكرارًا قطع التمويل عن برنامج تطوير خلايا الوقود ، ولكن حتى الآن ألغى الكونجرس كل هذه التخفيضات.
يبدو التركيز على تكنولوجيا البطاريات قصير النظر لمؤيدي الهيدروجين. يقول ستيف إليس ، المتحدث باسم شركة هوندا: "هذه تقنيات تكميلية". التكنولوجيا المطورة لـ FCX ، على سبيل المثال ، يتم الآن طرحها في السيارة الكهربائية Fit. "نعتقد أن خلايا وقود الهيدروجين جنبًا إلى جنب مع المركبات الكهربائية يمكن أن يكون لها نتيجة إيجابية للغاية ، متجاوزة جميع مصادر الطاقة البديلة المتاحة اليوم وتقود هذا العقد."
على جبهة البنية التحتية ، يقول أولئك الذين يدفعون من جيوبهم لبناء محطات تعبئة جديدة إنهم لن يرفضوا بعض المساعدة حتى يزداد الطلب على هذا الوقود وتنخفض تكاليف الطاقة المتجددة.
يؤمن توم سوليفان باستقلالية الطاقة بقوة لدرجة أنه استثمر كل الأموال التي حصل عليها من سلسلة المتاجر الكبرى في SunHydro ، وهي شركة تبني محطات تعبئة الهيدروجين التي تعمل بالطاقة الشمسية. ويعتقد أن التخفيضات الضريبية المستهدفة يمكن أن تشجع رواد الأعمال أمثاله على الاستثمار في بناء محطات مماثلة. يقول توم: "أنت بحاجة إلى حافز حقيقي لجعل الناس يستثمرون في هذه الأنواع من المشاريع". "الأشخاص الذين يتمتعون بعقل سليم على الأرجح لن يستثمروا الأموال في بناء محطات تعبئة الهيدروجين."
بالنسبة لستيف إليس سائق هوندا ، فإن القضية عملية وسياسية. يقول: "ستوجه هذه التقنيات ضربة للمشاكل المجتمعية". "إذا كان الأمر كذلك ، فهل يساعدنا المجتمع في الانتقال إلى رأي بديلالوقود؟"
والآن حان وقت الفيديو العلمي!
طاقة الهيدروجين.
إن أزمات الطاقة التي تحدث عند أدنى عقبة في السوق لبيع الوقود التقليدي تحفز البحث عن البدائل الأكثر فعالية للغاز أو النفط. وفقًا لغالبية العلماء المشاركين في البحث عن مصادر طاقة بديلة ، فإن أحد المجالات الواعدة لتطوير الطاقة الحديثة هو محاولة استبدال وقود الكربوهيدرات بالهيدروجين ، وهو العنصر الكيميائي الأكثر شيوعًا في الطبيعة.
يؤيد علماء البيئة أيضًا إجراء مثل هذا التحديث ، نظرًا لأن ناتج اضمحلال وقود الهيدروجين (الماء) هو مركب كيميائي غير ضار تمامًا ، والذي لا يمكن قوله عن الكربوهيدرات المعتادة ، التي يصاحب احتراقها إطلاق " مجموعة "من المواد الضارة في الغلاف الجوي. إن توفر الهيدروجين الموجود في كل من الماء والهواء ، وحتى في الفضاء الخارجي المخلخل ، يجعل طاقة الهيدروجين شائعة للغاية من وجهة نظر الشركات الكبيرة (تكاليف إنتاج الطاقة تكاد تكون صفرًا ، ويمكن استخلاص الأرباح حرفيًا من الهواء الرقيق).
في بداية القرن الحادي والعشرين ، أعلنت الشركات الجادة علنًا اهتمامها بطاقة الهيدروجين. في النصف الثاني من القرن الحادي والعشرين ، استثمرت الولايات المتحدة والصين ودول الاتحاد الأوروبي مليارات الدولارات في إنتاج الهيدروجين. كلف مشروع محطة الطاقة الهيدروجينية FutureGen وحده الحكومة الأمريكية 1.2 مليار دولار ، وتقدر تكلفة المكافئ الصيني لـ GreenGen بأكثر من ذلك. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تطوير طاقة الهيدروجين من قبل شركات مثل Sharp و Sanyo و Hitachi و Toyota و Panasonic ، الذين يستثمرون مبالغ ضخمة في إنتاج محطات الطاقة المنزلية.
وقود الهيدروجين.
واحد من الطرق الممكنةاستخدام طاقة الهيدروجين هو تحويل هذا عنصر كيميائيإلى وقود هيدروجين - خليط مسال أو غازي من الهيدروجين والأكسجين. تكون حرارة احتراق مثل هذا الكوكتيل أعلى بكثير من حرارة أكسدة خليط من البنزين (الغاز الطبيعي) والهواء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الهيدروجين والأكسجين الممزوجين بنسب معينة ينفجران في غرفة الاحتراق ليس أسوأ من أبخرة البنزين. لا يزال توزيع وقود الهيدروجين يعوقه ارتفاع تكلفة المنتج النهائي ونقص البنية التحتية المتطورة (محطات تعبئة ، مصانع ، خطوط وقود ، إلخ). تعتمد تكلفة كيلوغرام من وقود الهيدروجين على طريقة الإنتاج. علي سبيل المثال:
تكلفة تحويل الميثان 2.5 دولار لكل كيلوغرام من الوقود ؛
يؤدي التحليل الكهربائي التقليدي للماء إلى تكاليف تتراوح من 2 إلى 10 دولارات للكيلوغرام الواحد من الوقود (اعتمادًا على طريقة توليد الكهرباء) ؛
تتيح لك المعالجة عالية الحرارة للفحم في مساحة خالية من الهواء الحصول على كيلو من الوقود بسعر 1.5 إلى 2 دولار.
بالطبع ، مع هذا المستوى من تطوير تكنولوجيا إنتاج وقود الهيدروجين ، لا يمكنها التنافس مع ناقلات الطاقة التقليدية. ومع ذلك ، يتم تحسين التقنيات الحديثة ، مما يؤدي إلى انخفاض تكلفة الوقود البديل ، وتصبح المنتجات البترولية التقليدية أكثر تكلفة فقط. لذلك ، في المستقبل القريب ، إما أن يقترب البنزين من سعر وقود الهيدروجين ، أو سينخفض سعر الوقود البديل إلى سعر المنتجات البترولية - على أي حال ، سيستفيد منتجو ناقلات الطاقة البديلة.
سيارات الهيدروجين.
لقد تفاعل عمالقة صناعة السيارات بسرعة كبيرة مع احتمالات تحول الطاقة. نجحت محاولات تطوير مركبة "هيدروجين" في القرن الماضي ، وفي العقد الأول من القرن الحالي ظهرت عينات متسلسلة من سيارات "الهيدروجين". وفقًا لعلماء المستقبل الألمان من المجموعة ، بحلول منتصف القرن الحادي والعشرين ، كانت نسبة المألوف ، محركات البنزينلن تتجاوز الربع ، باقي الوحدات ستستهلك وقوداً بديلاً.
اليوم ، يمكن لشركات صناعة السيارات العالمية أن تقدم للمشترين المهتمين مخطط توليد القوة "الهيدروجين" و "الهجين" (البنزين التقليدي بالإضافة إلى الهيدروجين). تحتل دايملر ، هوندا ، المراكز الرائدة في هذا القطاع من السوق ، وتكافل بين شنغهاي الصينية وفولكسفاجن الألمانية. هذه الشركات المصنعة هي التي تقدم حلولًا جاهزة لسائقي السيارات: BMW Hydrogen 7 ، Honda FCX ، Mercedes F-Cell. دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذه الحلول وغيرها.
إن هوندا FCX هي سيارة "هيدروجين" متكاملة يمكنها الوصول إلى سرعات تصل إلى 160 كم / ساعة ويمكن أن تقطع أكثر من 500 كيلومتر في محطة وقود واحدة. تبلغ سعة خزان هوندا FCX أكثر من 5 كجم من الهيدروجين المسال. اليوم ، أصحاب هذه المعجزة التقنية 200 شخص محظوظ ، وأعرب حوالي 50 ألف سائق عن استعدادهم لشراء مثل هذه السيارة.
وحدات الطاقة Honda FCX عبارة عن 3 محركات كهربائية ، أحدهما يدور عمود العجلات الأمامية ، والآخران مثبتان في العجلات الخلفية. قوة المحرك "الأمامي" 80 كيلو واط. قوة الوحدات "الخلفية" 25 كيلو واط لكل منهما. لا تواجه محركات Honda FCX مشاكل في البدء حتى في درجات الحرارة المنخفضة للغاية (-30 درجة مئوية).
يشير مشروع Honda FCX إلى حلول معقدة. بالإضافة إلى السيارة ، تبيع هوندا أيضًا محطة طاقة منزلية تنتج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي. علاوة على ذلك ، يتم استخدام جزء فقط من الغاز المتولد لوقود الهيدروجين ، ويتم إنفاق الحجم المتبقي على توليد الكهرباء وتدفئة المنزل. تنتج Home Energy Station حوالي 50 "مكعبًا" من الوقود البديل يوميًا.
2. مرسيدس F-Cell هي سيارة من فئة "B" ، مزودة بوحدة خاصة تم تطويرها كجزء من مشروع HYGENIUS. حتى الآن ، يخضع مشروع F-Cell لاختبارات تقليدية مماثلة للاختبارات الميدانية لنماذج "البنزين". أعلن مهندسو شركة مرسيدس القلق عن حل مشكلة "التشغيل البارد" للمحرك وإمكانية استكمال العمل لتحسين تشغيل التحكم في المحرك الكهربائي في الوضع عالي السرعة.
تم تجهيز مرسيدس F-Cell 2010 بمحرك كهربائي F 600 تم تعزيزه إلى 115 حصانًا وعزم دوران يقترب من 350 نيوتن متر. بالإضافة إلى ذلك ، حقق مهندسو مرسيدس انخفاضًا بنسبة 16 في المائة في استهلاك الوقود مقارنة بطرازات 2005. الآن مرسيدس F-Cell قادرة على التغلب على أكثر من 400 كيلومتر بإعادة التزود بالوقود لخزان "الهيدروجين". لا تتجاوز تكلفة ملء الخزان "الممتلئ" تكلفة 12 لترًا من المعيار ديزل. مرسيدس F-Cell ليست معروضة للبيع بعد. يستخدم اهتمام Mercedes-Benz نموذج F-Cell لأغراض الدعاية ، مما يزيد الاهتمام بالتطورات الأخرى للشركة - الحافلات من سلسلة Citaro.
يركز مشروع Citaro على إنتاج وسائل النقل العام للمدن الكبيرة. يوجد اليوم حوالي 40 حافلة مرسيدس سيتارو نشطة في العالم. لا تتجاوز قوة المحرك الكهربائي لمثل هذه الحافلة 250 كيلوواط ، مما يسمح بنقل الركاب والأمتعة بسرعة 80 كم / ساعة. الاستهلاك 25 كجم لكل 100 كيلومتر. يحتوي خزان مرسيدس سيتارو على 42 كيلوجرامًا من وقود الهيدروجين ، مما يسمح لهذه السيارة بالسير لمسافة 167 كيلومترًا دون التزود بالوقود. يمكن رؤية حافلات Mercedes Citaro ليس فقط في المدن الأوروبية الكبرى - تم شراء 3 حافلات من قبل الصين (للنقل العام في بكين) ، وحافلة واحدة "سارت" إلى أستراليا البعيدة.
يعد BMW Hydrogen 7 نسخة أخرى من سيارة BMW 7 القياسية ، ومجهزة بمحرك احتراق داخلي هجين. يستخدم البنزين أو الهيدروجين كخليط وقود. يعد محرك الهيدروجين تتويجًا لعشرين عامًا من العمل الذي قام به مهندسو BMW. هذه الوحدة قادرة على "تسريع" سيارة BMW القياسية من 7 إلى 230 كم / ساعة ، وهذه السيارة "تنطلق" إلى أول مائة في 9.5 ثانية.
يبلغ استهلاك وقود الهيدروجين 6.5 لترًا من البنزين أو 25 لترًا من الهيدروجين السائل لكل 100 كيلومتر. سعة الخزان الكلاسيكي (بنزين) 74 لترًا (تكفي لـ 480 كم). سعة خزان الهيدروجين 8 كيلو جرام. إن هذا العنصر من BMW Hydrogen 7 هو ما يميز هذه السيارة عن منتجات المنافسين. يحافظ خزان وقود الهيدروجين على هذا الغاز المتطاير في حالة تسييل ، مما يحافظ على درجة حرارة ثابتة تبلغ -253 درجة مئوية. بالطبع ، مخطط تخزين الوقود هذا خطير للغاية ، لكن BMW تدعي أن سيارتها Hydrogen 7 ليست أكثر خطورة من نسخة البنزين الكلاسيكية ، ويؤكد المدققون الكنديون من Magna International هذا البيان. اجتاز خزان الهيدروجين للهيدروجين 7 جميع اختبارات السلامة ، ولم يتحمل الصدمات الميكانيكية فحسب ، بل أيضًا التسخين حتى درجة حرارة 1000 درجة مئوية. تم بيع أكثر من 100 سيارة BMW Hydrogen 7 حتى الآن
يتم تنفيذ مشروع مماثل بواسطة Mazda ، التي قررت إطلاق مفهوم RX-8 الهيدروجين ، وهي سيارة بمحرك هجين ، في سلسلة. تم تسمية الوحدة باسم Wankel وتسمح لك بالسفر لمسافة تصل إلى 100 كيلومتر في إعادة التزود بالوقود بوقود الهيدروجين أو 550 كيلومترًا بالبنزين.
سعة خزان الهيدروجين 2.4 كيلو. طلبت النرويج الدفعة الأولى من الهيدروجين RX-8 ، التي اشترت أكثر من 30 مركبة لاختبار أداء مشروع HyNor الوطني (طرق الهيدروجين السريعة في النرويج). قوة جزء الهيدروجين لمحرك RX-8 الهيدروجين أقل مرتين من محرك البنزين - 109 مقابل 192 "حصان" ، لكن هذه الجهود أكثر من كافية للوصول إلى سرعة قصوى تبلغ 170 كم / ساعة والتسارع إلى 100 كلم / س في 10 ثوان.
محطات تعبئة الهيدروجين. طرق الهيدروجين السريعة.
بالنسبة لممثلي صناعة السيارات ، فإن تشغيل محركات الهيدروجين هو المرحلة التالية في النضال من أجل حسن النية. الجمهور المستهدفالمستهلكين. تقريبا جميع الشركات الكبيرة لديها بالفعل نطاق النموذجسيارة "هيدروجين" ومستعدة لزيادة إنتاج مثل هذه السيارات في المستقبل القريب. ممثلو شركات الطاقة لا يشاركونهم هذا التفاؤل. في العقود الأخيرة ، بالكاد تفسح موزعات البنزين المجال لمحطات تعبئة الغاز.
ربما هذا هو السبب في أن مصنعي التزود بالوقود بالهيدروجين يستهدفون منتجاتهم في السوق المحلية ، مفضلين تصميم وتسويق محطات التزود بالوقود بالهيدروجين المنزلية أو المتنقلة. أعلنت شركة تويوتا سياسة مماثلة ، حيث تبيع مصنع هيدروجين محليًا مقابل 4100 دولار فقط.
على أساس صناعي ، تم بناء محطات تعبئة الهيدروجين فقط في الولايات المتحدة الأمريكية وكندا. في هذه البلدان تم افتتاح أكثر من 200 محطة وقود على مدار 2-3 سنوات الماضية. تنفذ حكومة الولايات المتحدة خطة لتزويد الطرق السريعة الرئيسية بالوقود بالهيدروجين. ظهرت طرق الهيدروجين السريعة في كاليفورنيا ، نيويورك (مبادرة هاي واي) ، إلينوي (2H2) ، فلوريدا. لم يتم ملاحظة مقياس مماثل لإدخال وقود الهيدروجين حتى في كندا (طريق سريع واحد لكل 900 كيلومتر - شمال H) والنرويج (نظام طريق HyNor ، بطول إجمالي يبلغ 500 كيلومتر). لا تزال ألمانيا والدول الاسكندنافية في طريقهما لتنفيذ مشاريع وطنية لطرق الهيدروجين السريعة (على التوالي - Zero Regio والشراكة الإسكندنافية للطرق السريعة الهيدروجينية).
لا يمكن لسكان دولتنا إلا أن يحسدوا الأجانب ويفاجأوا من تباطؤ مهندسي القوة المحليين. على الرغم من تنفيذ مشاريع تركيب محركات الهيدروجين على سيارات Lada 111 و Niva في بداية القرن الحادي والعشرين.
لا يحدث الهيدروجين عمليًا في الطبيعة بشكله النقي ، لذا فإن المشكلة الأولى التي تواجه أحد أنواع الوقود في المستقبل هي الحصول عليه.
على عكس الصورة النمطية الشائعة ، فإن التحليل الكهربائي (عملية كيميائية تحدث عندما يمر تيار كهربائي عبر محلول إلكتروليت أو يذوب ويؤدي إلى إطلاق المواد المكونة له على الأقطاب الكهربائية) ليس الطريقة الوحيدة لإنتاج الهيدروجين ، على الرغم من اقتراحه لاستخدامه في المحلل الكهربائي المنزلي.
حول استخدام الهيدروجين في خدمة السيارة والمعلومات الأولية حول طرق الحصول على الهيدروجين ، اقرأ.
كيف يتم إنتاج الهيدروجين لاستخدامه كوقود للسيارة
يمكن الحصول على الهيدروجين عن طريق إعادة التشكيل بالبخار - عن طريق فصل شكله النقي عن الهيدروكربونات المتطايرة ، وغالبًا ما يستخدم الميثان لهذا الغرض ، وهذه الطريقة هي الأرخص.
يعطي تغويز الفحم أيضًا "ثمار الهيدروجين" عن طريق تحويل الوقود الصلب والسائل إلى غازات قابلة للاشتعال.
يدافع البريطانيون عن إنتاج الهيدروجين من خلال التحلل الحراري للماء (الانحلال الحراري) ، بحجة أن المادة الخام في مثل هذه الحالة يمكن أن تكون قمامة عادية.
طريقة أخرى لإنتاج الهيدروجين هي الأكسدة الجزئية ومجموعة من طرق التكنولوجيا الحيوية.
يستخدم الأخير ظاهرة إطلاق الهيدروجين بواسطة الكائنات الحية الدقيقة (على سبيل المثال ، بعض الطحالب التي تفتقر إلى الأكسجين والكبريت) ، أو تحلل الماء بمشاركة جميع الكائنات الحية الدقيقة. بفضل استخدام المحفزات ، يمكن زيادة كفاءة الطريقة الأخيرة بمقدار الثلث.
كيف يتم استخلاص الهيدروجين لاستخدامه في السيارات المخزنة؟
المهمة التالية لطاقة الهيدروجين هي عملية تخزين الهيدروجين ، وهي ممكنة في ثلاثة أشكال: في شكل غاز مضغوط ، في حالة مسالة أو ممتصة ، عندما يتم الاحتفاظ بالغاز في المادة التي تمتصه.
بطريقة أو بأخرى ، في كل من هذه الحالات ، يجب حل مشكلة معينة: الغاز المضغوط ، على الرغم من كثافته ، لا يزال يشغل مساحة كبيرة ، والسائل السائل يتطلب درجات حرارة منخفضة ، وفي حالة الشكل الثالث ، هو البحث عن مادة مناسبة للاحتفاظ بالوقود المتطاير الذي يتمتع بخصائص امتصاص عالية وظروف مناسبة لتراكم الغاز (بشكل أساسي ، هذه هياكل نانوية كربونية ذات اختلافات مختلفة).
الخطوة التالية في نقل الهيدروجين إلى المستخدم النهائي هي التزود بالوقود. هناك أنظمة تعبئة متنقلة وثابتة ومنزل. يستخدمون بشكل أساسي الهيدروجين الغازي ، على الرغم من وجود محطات تعمل بالوقود السائل. في هذه الحالة ، كل هذا يتوقف على السيارة. على سبيل المثال ، يستهلك BMW Hydrogen 7 الهيدروجين السائل إلى جانب البنزين ، لكن منافسه من جنرال موتورز - Opel Zafira Hydrogen 3 يستخدم خزانين للغازات المضغوطة والمسالة.
مشاكل تعزيز الهيدروجين كوقود
بشكل عام ، تعد البنية التحتية للتزود بالوقود أحد العوائق أمام صناعة الهيدروجين: لكي تصبح سيارات الهيدروجين شائعة ، فهي بحاجة إلى نظام خدمة ، ولإنشاء هذا النظام ، هناك حاجة إلى عدد كافٍ من مستخدميها.
ما الذي سيحرك في النهاية حل هذه المشكلة بعيدًا عن الأرض - سيخبرنا الوقت ، ولكن كما هو الحال دائمًا ، يتم وضع كل الأمل على العلم ، على الرغم من أن معضلة أخرى ستظهر هنا بالفعل: العلم يحتاج إلى التمويل ، والمستثمرون ، بدورهم ، يحتاجون إلى ضمان الفعالية والطلب على الاكتشافات.
مزايا وإيجابيات الهيدروجين كوقود للبائعين
أحد العوامل الجذابة للبنية التحتية للهيدروجين هو وقت التزود بالوقود للسيارة - وعادة ما يستغرق الأمر 3-5 دقائق (1 كجم من الوقود ، وفقًا لعلماء أمريكيين ، مطلوب لمسافة 96 كم).
ومن الجدير بالتأكيد التأكيد على أنه في البداية ، يمكن لمحطات الوقود الصغيرة والمتوسطة الحجم أن تجمع بين وظائف الإنتاج والتخزين ونقل الوقود إلى المستهلك ، وبالتالي القضاء على تكاليف النقل. ومع ذلك ، كلما ظهرت المزيد من سيارات الهيدروجين ، فإن أحجام كبيرةستكون محطات الوقود مطلوبة.
خصائص استهلاك وقود الهيدروجين
أخيرًا ، حان الوقت للحديث عن ميزات استهلاك وقود الهيدروجين.
أولاً ، لإسعاد دعاة حماية البيئة ، يتم تقليل انبعاث ثاني أكسيد الكربون ونواتج الاحتراق الضارة في الغلاف الجوي ، وهنا من الضروري الإدلاء بملاحظة أنه يمكن تسوية هذه الظاهرة الإيجابية إذا تم استخدام مصادر الطاقة القذرة لإنتاج الهيدروجين نفسه ، لذلك أيًا كان ما قد يقوله المرء ، فإن طفل الهيدروجين يتطلب معالجة أكثر لطفًا إذا أراد الناس صنع شيء منه في المستقبل.
ثانيًا ، مع استخدام الهيدروجين ، يمكن أن تصبح اقتصادات البلدان أقل اعتمادًا على ارتفاع أسعار الطاقة.
ثالثاً ، كفاءة محرك الهيدروجين 45٪ وهي أكثر من نظيره الذي يعمل بالديزل. على الرغم من أن قوة الأول أقل من الثانية بنسبة 20-30 ٪ ، بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للهيدروجين أن يزيد بشكل كبير من تآكل أجزاء المحرك بسبب التفاعل مع المواد التي صنعت منها.
سلامة الهيدروجين كوقود للمركبة
علاوة على ذلك ، لا ينبغي إهمال مسألة السلامة - فالهيدروجين متقلب وقابل للاشتعال بدرجة كبيرة: يمكن ملء المساحة المغلقة للسيارة بغاز خطير ، وحقيقة أن خليط الهيدروجين والهواء متفجر يمكن أن يصد استخدامه تمامًا. ومع ذلك ، لا ينبغي للمرء أن ينتقد هذه التعليقات كثيرًا ، فالجميع يعرف مدى خطورة محطات الطاقة النووية عند ظهور مشاكل في تشغيلها ، ومع ذلك فهي تعتبر أنظف منتجي الكهرباء.
بالإضافة إلى ذلك ، ليس من الضروري تغيير السيارة ونوع الوقود بشكل جذري ؛ اليوم من الممكن بالفعل استخدام المركبات الهجينة ، التي تستخدم ، على سبيل المثال ، مزيجًا من الهيدروجين ووقود الديزل ، مما يقلل من ناحية استهلاكه ، ومن ناحية أخرى ، يقلل من كمية الانبعاثات الضارة في الغلاف الجوي.
أيضًا ، لا أحد يحظر استخدام الهيدروجين في أنظمة النقل الأخرى ، على سبيل المثال ، السكك الحديدية والبحر: إن ضغط خزانات الوقود ليس مهمًا جدًا هنا ، وفي حالة استخدام الهيدروجين كوقود ، على سبيل المثال ، للغواصات ، يكتسبون ورقة رابحة كبيرة - الغياب شبه الكامل للضوضاء.
استنتاج حول الهيدروجين كوقود للسيارة
تحتاج صناعة الهيدروجين إلى وقت للتطور ، على الرغم من أنها اليوم أشبه بالرمال التي تنزلق من بين أصابعك أكثر من أي وقت مضى ، لأن السيارات تظهر بالفعل على محركات الديزل الكهربائية والنيتروجين الهجينة ، وكذلك المحركات التي تعمل بواسطة هواء مضغوط. المنافسة في سوق الطاقة عالية للغاية ومن غير المرجح أن تنخفض في المستقبل القريب.