>

نقل الهيدروجين.

مبيعات تويوتا ميراي ("المستقبل" في اليابان.) ، أول سيارة إنتاج بكميات كبيرة في العالم محرك الهيدروجين. سعر المنتج الجديد هو 7236000 ين (حوالي 61.100 دولار) ، بينما تدعم الحكومة اليابانية الشراء بمبلغ 2.02 مليون ين (ما يزيد قليلاً عن 17000 دولار). وفقًا لخطط الشركة ، كان من المفترض أن تبدأ المبيعات في ربيع عام 2015 ، ولكن نظرًا لأن عدد الطلبات المسبقة فاق التوقعات ، فقد تقرر تأجيل الموعد إلى موعد مبكر.

ميراي هي سيارة سيدان بأربعة أبواب تعمل بمحرك كهربائي بسعة 151 حصان. s. ، الذي يتلقى الطاقة من محول ، تكون مادته الأولية هي الهيدروجين ، ويتم تخزينه في خزانين من ألياف الكربون تحت ضغط 70 ميجا باسكال. يأتي الأكسجين المطلوب للتفاعل الكيميائي مباشرة من مشعاع السيارة أثناء الحركة. تكفي مرة واحدة للتزود بالوقود لمسافة 480 كيلومترًا ، وتستمر عملية التعبئة نفسها بـ 5 كيلوغرامات (170 لترًا) من الهيدروجين حوالي 3 دقائق. تبلغ السرعة القصوى لميراي 111 ميلاً في الساعة (حوالي 180 كم / ساعة) ، بينما تستغرق 9 ثوان لتسارع إلى 100 كم / ساعة.

تحت غطاء محرك السيارة ميراي

في أوروبا ، سيتم تقديم السيارة رسميًا في معرض جنيف للسيارات ، وفي أمريكا ، ستبدأ المبيعات في نهاية العام المقبل بسعر 57،500 دولار (وهو ما يمكن مقارنته من بنات أفكار إيلون ماسك - سيارات تسلا الكهربائية) فقط في كاليفورنيا وبكمية 200 نسخة فقط - في الوقت الحالي لا توجد محطات للتزود بالوقود بالهيدروجين في الولايات المتحدة ، وتخطط Toyota ، مع Air Liquide ، لبناء 12 نسخة منها عند بدء المبيعات - سعر محطة واحدة 7.2 مليون دولار ، كما هو متوقع ، فإن السعر النهائي للسيارة ، مع الأخذ بعين الاعتبار جميع الخصومات والإعانات الحكومية ، قد يكون 45000 دولار.

داخل ميراى

بالإضافة إلى الغرض المباشر منها ، يمكن لمحطة توليد الطاقة في السيارة أن تعمل أيضًا كنوع من محطات الطاقة المنزلية للمنزل: يدعي المهندسون أنه بمساعدة نظام الإقلاع عن الطاقة الذي طوروه ، يمكن تشغيل المنزل الياباني العادي بالكهرباء المولدة لمدة 5 أيام. من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن فكرة هذا الاستخدام غير القياسي للسيارة نشأت بسبب المخاطر الكبيرة للكوارث في اليابان ، عندما يترك تسونامي مدنًا بأكملها بدون كهرباء.


وبغض النظر عما إذا كان لدى إيلون ماسك أي سبب يدعو للقلق ، فإن تاس ، في إشارة إلى الوزير السعودي السابق أحمد زكي يماني ، يلاحظ أن "عصر النفط يقترب من نهايته":

نتيجة لانتشار المصادر البديلة ، سينخفض ​​الطلب على النفط. في مجال توليد الكهرباء ، تم بالفعل استبدالها بتوربينات نووية وريحية. لا تزال هناك حاجة إلى النفط للنقل ، لكن الطلب هناك آخذ في الانخفاض بسبب الانتشار المتزايد للسيارات الهجينة والكهربائية. سينتهي عصر النفط أخيرًا إذا كان من الممكن عمليًا إدخال وقود الهيدروجين وإنتاجه بسعر رخيص. "

يقول الخبير.

من المعروف أنه في الثلاثينيات من القرن الماضي في الاتحاد السوفيتي في مدرسة موسكو التقنية العليا سميت باسم N.E. Bauman Soroko-Novitsky V.I. (رئيس قسم "المحركات الخفيفة" حتى عام 1937) مع A.K. تأثير إضافات الهيدروجين على البنزينعلى محرك ZIS-5. هناك أيضا أعمال على الاستخدام كوقود هيدروجينالتي تم تنفيذها في بلادنا من قبل F. B. Perelman. لكن الاستخدام العمليبدأ الهيدروجين كوقود للمحرك في عام 1941. خلال الحرب الوطنية العظمى في لينينغراد المحاصرة ، اقترح الملازم الفني ب. استخدم الهيدروجين، "عمل بها" في البالونات ، كوقود للمحركلمحركات السيارات GAZ-AA.

الشكل 1. مركز دفاع جوي لجبهة لينينغراد في الحرب العالمية الثانية ، ومجهز بمحطة هيدروجين

على التين. رقم 1 في الخلفية عبارة عن بالون هيدروجين تم إنزاله إلى الأرض ، حيث يتم ضخ الهيدروجين منه في خزان غاز موجود في المقدمة. من خزان الغاز مع الهيدروجين "المستهلك" ، يتم تغذية الوقود الغازي من خلال خرطوم مرن إلى محرك الاحتراق الداخلي لسيارة GAZ-AA. ارتفعت بالونات القنابل إلى ارتفاع يصل إلى خمسة كيلومترات وكانت بمثابة دفاع مضاد للطائرات موثوق به للمدينة ، مما منع الطائرات المعادية من تنفيذ قصف مستهدف. تطلب الأمر بذل الكثير من الجهد لإنزال البالونات التي فقدت قوة رفعها جزئيًا. تم تنفيذ هذه العملية باستخدام رافعة ميكانيكية مثبتة على مركبة GAZ-AA. قام الجليد بتدوير الرافعة لخفض البالونات. في ظروف النقص الحاد في البنزين ، تم تحويل عدة مئات من مراكز الدفاع الجوي لتعمل على الهيدروجين ، والتي تستخدم مركبات GAZ-AA التي تعمل بالهيدروجين.

بعد الحرب في السبعينيات من القرن الماضي ، تمت دعوة بريس إيزاكوفيتش مرارًا وتكرارًا إلى مؤتمرات علمية مختلفة ، حيث تحدث في خطبه بالتفصيل عن تلك الأيام البطولية البعيدة. أحد هذه الأحداث - المدرسة الأولى لكل الاتحاد للعلماء الشباب والمتخصصين في مشاكل الطاقة الهيدروجينية والتكنولوجيا ، التي تم تنظيمها بمبادرة من اللجنة المركزية لرابطة الشباب الشيوعي اللينيني لعموم الاتحاد ، ولجنة أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية على طاقة الهيدروجين ، تم عقد معهد الطاقة الذرية الذي سمي على اسم IV Kurchatov ومعهد Donetsk Polytechnic ، في سبتمبر 1979 قبل ستة أشهر من وفاته. قدم بوريس إيزاكوفيتش تقريره "الهيدروجين بدلاً من البنزين" في قسم "تكنولوجيا استخدام الهيدروجين" في 9 سبتمبر.

في السبعينيات ، قامت العديد من المنظمات البحثية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية بعمل مكثف على استخدام الهيدروجين كوقود. المنظمات الأكثر شهرة هي معهد الأبحاث المركزي للسيارات والسيارات (NAMI) ، ومعهد مشاكل الهندسة الميكانيكية التابع لأكاديمية العلوم في جمهورية أوكرانيا الاشتراكية السوفياتية (IPMASH AS of the Ukrainian SSR) ، وقطاع ميكانيكا الوسائط غير المتجانسة التابع للأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (SMNS التابعة لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) ، و Plant-VTUZ في ZIL ، إلخ. على وجه الخصوص ، في NAMI ، تحت قيادة Shatrov E.V. ، منذ عام 1976 ، تم تنفيذ أعمال البحث والتطوير لإنشاء حافلة صغيرة هيدروجين RAF 22034. تم تطوير نظام طاقة محرك يسمح لها بالعمل على الهيدروجين. لقد اجتاز مجموعة كاملة من اختبارات الطرق والمختبرات.

الشكل 2. من اليسار إلى اليمين Shatrov E. V. ، Kuznetsov V. M. ، Ramensky A. Yu.

على التين. صورتان من اليسار إلى اليمين: Shatrov E.V - المشرف العلمي على المشروع ؛ كوزنتسوف ف.م - رئيس مجموعة محركات الهيدروجين ؛ Ramensky A.Yu. - طالب دراسات عليا في NAMI ، قدم مساهمة كبيرة في تنظيم وإجراء البحث والتطوير لإنشاء سيارة هيدروجين. تظهر صور منصات اختبار محرك يعمل بالهيدروجين وحافلة صغيرة RAF 22034 تعمل على تركيبات وقود الهيدروجين ووقود الهيدروجين (BVTK) في الشكل. 3 و 4.

الشكل 3. حجرة المحرك في Bolks رقم 20 لاختبار محركات الاحتراق الداخلي على الهيدروجين في قسم مختبرات المحرك في NAMI

الشكل 4. الهيدروجين حافلة صغيرة RAF (NAMI)

تم بناء أول نموذج أولي للحافلة الصغيرة في NAMI في الفترة 1976-1979 (الشكل 4). منذ عام 1979 ، نفذت NAMI اختبارات الطرق المعملية والعملية التجريبية.

في الوقت نفسه ، تم تنفيذ العمل على إنشاء مركبات تعمل بالهيدروجين في أكاديمية IPMASH للعلوم في جمهورية أوكرانيا الاشتراكية السوفياتية و SMNS التابعة لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ومصنع Vtuze في ZIL. بفضل الموقع النشط للأكاديمي V. العاب الصيففي موسكو عام 1980.

الشكل 5. من اليسار إلى اليمين Legasov V.A ، Semenenko K.N.Streuminsky V. V.

بصفتها المعهد الرئيسي لوزارة صناعة السيارات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، تعاونت NAMI مع المنظمات المذكورة أعلاه. ومن الأمثلة على هذا التعاون البحث المشترك مع IPMash التابع لأكاديمية العلوم في جمهورية أوكرانيا الاشتراكية السوفياتية ، الذي كان مديره في ذلك الوقت أ. 6).

الشكل 6. موظفو أكاديمية IPMASH للعلوم في جمهورية أوكرانيا الاشتراكية السوفياتية ، من اليسار إلى اليمين ، Podgorny A.N. ، Varshavsky I. L. ، Mishchenko A. I.

تشتهر تطورات هذا المعهد على نطاق واسع بإنشاء السيارات والرافعات الشوكية التي تعمل في BVTK مع أنظمة تخزين الهيدروجين الهيدريد المعدني على متنها.

مثال آخر على التعاون بين NAMI ومعاهد البحوث الرائدة في البلاد كان العمل على إنشاء أنظمة تخزين الهيدروجين الهيدريد المعدني في السيارة. في إطار الكونسورتيوم المعني بإنشاء أنظمة تخزين هيدريد المعدن ، تعاونت ثلاث منظمات رائدة: المؤسسة التي سميت باسم I.V. Kurchatov و NAMI وجامعة موسكو الحكومية التي سميت باسم M. تعود مبادرة إنشاء مثل هذا الكونسورتيوم إلى الأكاديمي V. A. كان مدير المشروع Yu. F. Chernilin ، و A.N. Udovenko و A. Ya. كان Stolyarevsky مشاركين نشطين في العمل.

تم تطوير مركبات هيدريد المعدن وتصنيعها بالكمية المطلوبة من قبل جامعة موسكو الحكومية. إم في لومونوسوف. تم تنفيذ هذا العمل بتوجيه من K.N.Semenenko ، رئيس قسم الكيمياء وفيزياء الضغط العالي. في 21 نوفمبر 1979 ، تم تسجيل الطلبات رقم 263140 و 263141 في سجل الدولة للاختراعات لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية مع إعطاء الأولوية للاختراع في 22 يونيو 1978. كانت شهادات المؤلف لسبائك تخزين الهيدروجين A. S. No. 722018 ورقم 722021 بتاريخ 21 نوفمبر 1979 من بين الاختراعات الأولى في هذا المجال في الاتحاد السوفياتي والعالم.

اقترحت الاختراعات تركيبات جديدة تجعل من الممكن زيادة كمية الهيدروجين المخزن بشكل كبير. تم تحقيق ذلك عن طريق تعديل تركيب وكمية المكونات في السبائك القائمة على التيتانيوم أو الفاناديوم ، ومكنت هذه التركيبات من تحقيق تركيز 2.5 إلى 4.0 في المائة من كتلة الهيدروجين. تم إطلاق الهيدروجين من المركب المعدني في نطاق درجة حرارة 250-400 درجة مئوية. هذه النتيجة لا تزال عمليا أقصى إنجاز لسبائك من هذا النوع. شارك علماء من المنظمات العلمية الرائدة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في تطوير المواد والأجهزة القائمة على هيدرات السبائك المعدنية في تطوير السبائك - جامعة موسكو الحكومية. إم في لومونوسوف (سيمينينكو كيه إن ، فيربيتسكي في إن ، ميتروخين إس في ، زونتوف في إس) ؛ نامي (شاتروف إي في ، رامينسكي إيه يو) ؛ IMash من أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (Varshavsky I. L.) ؛ Plant-VTUZ في ZIL (Gusarov V.V. ، Kabalkin V.N.). في منتصف الثمانينيات ، تم إجراء اختبارات لنظام تخزين الهيدروجين المعدني على متن حافلة صغيرة RAF 22034 تعمل في BVTK في قسم المحركات التي تعمل بالغاز وأنواع الوقود البديلة الأخرى في NAMI (رئيس القسم Ramensky A. Yu .). شارك في العمل موظفو القسم التالية أسماؤهم: V. M. Kuznetsov ، N.I.Golubchenko ، A. I. Ivanov ، Yu. A. Kozlov. 7.

الشكل 7 - بطارية هيدروجين الهيدروجين المعدنية للسيارات (1983)

في أوائل الثمانينيات ، بدأ يظهر اتجاه جديد لاستخدام الهيدروجين كوقود للسيارات ، والذي يعتبر حاليًا الاتجاه الرئيسي. يرتبط هذا الاتجاه بإنشاء مركبات خلايا الوقود. تم إنشاء مثل هذه السيارة في NPP "Kvant". تحت إشراف N. S. Lidorenko. تم تقديم السيارة لأول مرة في المعرض الدولي "Electro-82" عام 1982 في موسكو (الشكل 8).

الشكل 8. حافلات صغيرة للهيدروجين في سلاح الجو الملكي البريطاني تعمل بخلايا الوقود (NPP KVANT)

في عام 1982 ، تم عرض الحافلة الصغيرة التابعة لسلاح الجو الملكي البريطاني ، التي تم تركيب مولدات كهروكيميائية على متنها وتم تركيب محرك كهربائي ، أمام نائب وزير صناعة السيارات إي. قام NS Lidorenko بنفسه بعرض السيارة. بالنسبة للنموذج الأولي ، كانت السيارة التي تعمل بخلايا الوقود تتمتع بأداء قيادة جيد ، وقد لوحظ بارتياح من قبل جميع المشاركين في المشاهدة. تم التخطيط لتنفيذ هذا العمل مع الشركات التابعة لوزارة صناعة السيارات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. ومع ذلك ، في عام 1984 ، ترك N. S. Lidorenko منصب رئيس الشركة ؛ قد يكون هذا بسبب حقيقة أن هذا العمل لم يستمر. يمكن أن يكون إنشاء أول سيارة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين الروسية ، التي صنعها موظفو الشركة لأكثر من 25 عامًا ، حدثًا تاريخيًا في بلدنا.

ملامح محركات الاحتراق الداخلي عند العمل على الهيدروجين

فيما يتعلق بالبنزين ، يحتوي الهيدروجين على قيمة حرارية أعلى بثلاث مرات ، وطاقة اشتعال أقل بمقدار 13-14 مرة ، وهو أمر ضروري لمحركات الاحتراق الداخلي ، وله حدود أوسع لاشتعال خليط الوقود والهواء. تجعل خصائص الهيدروجين هذه فعالة للغاية للاستخدام في محركات الاحتراق الداخلي ، حتى كمادة مضافة. في الوقت نفسه ، تشمل عيوب الهيدروجين كوقود ما يلي: انخفاض قوة محرك الاحتراق الداخلي مقارنةً بنظير البنزين ؛ عملية الاحتراق "الصعبة" لمخاليط الهيدروجين والهواء في منطقة التكوين المتكافئ ، مما يؤدي إلى التفجير عند الأحمال العالية. تتطلب ميزة وقود الهيدروجين تغييرات في تصميم محرك الاحتراق الداخلي. بالنسبة للمحركات الحالية ، من الضروري استخدام الهيدروجين مع الوقود الهيدروكربوني ، مثل البنزين. أو الغاز الطبيعي.

على سبيل المثال ، يجب أن يتم تنظيم إمداد الوقود لتركيبات وقود بنزين الهيدروجين (HBFC) للمركبات الحالية بحيث يعمل المحرك على تركيبات الوقود ذات المحتوى العالي من الهيدروجين عند الأحمال الخاملة والجزئية. مع زيادة الأحمال ، يجب أن ينخفض ​​تركيز الهيدروجين ويجب إيقاف إمداد الهيدروجين عند الخانق الكامل. سيؤدي ذلك إلى الحفاظ على خصائص قوة المحرك عند نفس المستوى. على التين. يوضح الشكل 9 رسومًا بيانية للتغيرات في الخصائص الاقتصادية والسمية لمحرك بحجم عمل يبلغ 2.45 لترًا. ونسبة ضغط 8.2 وحدة. على تكوين خليط البنزوهيدروجين والهواء وتركيز الهيدروجين في BVTK.

الشكل 9. الخصائص الاقتصادية والسمية لـ ICE على الهيدروجين و BVTK

إن خصائص ضبط المحرك من حيث تكوين الخليط بقوة ثابتة Ne = 6.2 كيلو واط وسرعة العمود المرفقي n = 2400 دورة في الدقيقة تجعل من الممكن تخيل كيف يتغير أداء المحرك عند التشغيل على الهيدروجين و BVTK والبنزين.

تم اختيار مؤشرات قوة وسرعة المحرك للاختبار بطريقة تعكس بشكل كامل ظروف تشغيل السيارة في الظروف الحضرية. قوة المحرك Ne = 6.2 kW وسرعة العمود المرفقي n = 2400 rpm تتوافق مع حركة السيارة ، على سبيل المثال ، "Gazelle" بسرعة ثابتة من 50-60 كم / ساعة على طريق أفقي مسطح. كما يتضح من الرسوم البيانية ، مع زيادة تركيز الهيدروجين في BVTK ، تزداد الكفاءة الفعالة للمحرك. تبلغ أقصى قيمة كفاءة تبلغ 6.2 كيلو واط وسرعة العمود المرفقي 2400 دورة في الدقيقة تصل إلى 18.5 بالمائة على الهيدروجين. هذا 1.32 مرة أعلى مما كانت عليه عندما كان المحرك يعمل بنفس الحمولة على البنزين. تبلغ القيمة القصوى للكفاءة الفعالة للمحرك على البنزين 14 بالمائة عند هذا الحمل. في هذه الحالة ، يتم تحويل تركيبة الخليط المطابق لأقصى كفاءة للمحرك (حد النحافة الفعال) نحو الخلائط الخالية من الدهون. لذلك ، عند العمل على البنزين ، يتوافق الحد الفعال لاستنفاد خليط الوقود والهواء مع معامل هواء زائد (أ) يساوي 1.1 وحدة. عند العمل على الهيدروجين ، فإن معامل الهواء الزائد يتوافق مع الحد الفعال لاستنفاد خليط الوقود والهواء أ = 2.5. من المؤشرات التي لا تقل أهمية عن تشغيل محرك احتراق داخلي للسيارة عند الأحمال الجزئية سمية غازات العادم (EG). أظهرت دراسة خصائص التحكم في المحرك من حيث تكوين الخليط على BVTK بتركيزات مختلفة من الهيدروجين أنه مع استنفاد الخليط ، انخفض تركيز أول أكسيد الكربون (CO) في غازات العادم إلى الصفر تقريبًا ، بغض النظر عن نوع الوقود. تؤدي زيادة تركيز الهيدروجين في BVTK إلى انخفاض في انبعاث الهيدروكربونات CnHm مع غازات العادم. عند العمل على الهيدروجين ، انخفض تركيز هذا المكون إلى الصفر في أوضاع معينة. عند العمل على هذا النوع من الوقود ، تم تحديد انبعاث الهيدروكربونات إلى حد كبير من خلال شدة الاحتراق في غرفة الاحتراق لمحرك الاحتراق الداخلي. لا يرتبط تكوين أكاسيد النيتروجين NxOy ، كما هو معروف ، بنوع الوقود. يتم تحديد تركيزها في غاز العادم من خلال نظام درجة حرارة احتراق خليط الوقود والهواء. إن قدرة المحرك على العمل على الهيدروجين و BVTK في نطاق الخلائط الخالية من الدهون تجعل من الممكن تقليل درجة حرارة الدورة القصوى في غرفة الاحتراق لمحرك الاحتراق الداخلي. هذا يقلل بشكل كبير من تركيز أكاسيد النيتروجين. عندما يتم استنفاد خليط الوقود والهواء فوق a = 2 ، ينخفض ​​تركيز NxOy إلى الصفر. في عام 2005 ، طورت NAVE حافلة صغيرة GAZEL ، والتي تعمل في BVTK. في ديسمبر 2005 ، تم تقديمه في إحدى الفعاليات التي عقدت في هيئة رئاسة الأكاديمية الروسية للعلوم. تم تخصيص الحافلة الصغيرة للذكرى الستين لرئيس NAVE P. B. Shelishch. تظهر صورة حافلة صغيرة تعمل بوقود الهيدروجين في الشكل 10.

الشكل 10. حافلة صغيرة تحتوي على الهيدروجين "غزال" (2005)

من 20 إلى 25 أغسطس 2006 ، من 20 أغسطس إلى 25 أغسطس 2006 ، عقدت NAVE مسيرة سيارات الهيدروجين لتقييم موثوقية المعدات التي تعمل بالوقود الهيدروجين وتعزيز آفاق اقتصاد الهيدروجين ، وخاصة في مجال النقل البري. تم تنفيذ الجري على طول طريق موسكو - نيجني نوفغورود - قازان - نيجنكامسك - تشيبوكساري - موسكو بطول 2300 كم. تم توقيت التجمع ليتزامن مع المؤتمر العالمي الأول "الطاقة البديلة والبيئة". شاركت سيارتان تعملان بالهيدروجين في السباق. كانت الشاحنة الثانية من السيارة GAZ 3302 متعددة الوقود تعمل بالهيدروجين والغاز الطبيعي المضغوط و BVTK والبنزين. السيارة مزودة بـ 4 اسطوانات من الألياف الزجاجية خفيفة الوزن بضغط تشغيل 20 ميجا باسكال. كتلة نظام تخزين الهيدروجين على متن الطائرة 350 كجم. كان مدى قيادة السيارة على BVTK 300 كم.

بدعم من وكالة فيدراليةللعلوم والابتكار NAVE بمشاركة نشطة من معهد هندسة الطاقة في موسكو MPEI (TU) ، Avtokombinat رقم 41 ، المركز الهندسي والتقني "Hydrogen Technologies" و Slavgaz LLC ، نموذج أولي لمركبة GAZ 330232 "GAZEL-FERMER" بسعة حمولة 1.5 طن تم إنشاؤه ، والعمل على BVTK مع نظام إلكتروني لتزويد الهيدروجين والبنزين. السيارة مزودة بمحول غاز العادم ثلاثي الاتجاهات. على التين. 11 يعرض صورًا للسيارة ومجموعة من المعدات الإلكترونية لتزويد محرك الاحتراق الداخلي بالهيدروجين.

الشكل 11. النموذج الأولي للسيارة GAZ 330232 "GAZEL-FARMER"

احتمالات إدخال الهيدروجين في النقل البري

الاتجاه الواعد في مجال استخدام الهيدروجين لتكنولوجيا السيارات هو الجمع بين محطات الطاقة القائمة على المولدات الكهروكيميائية مع خلايا الوقود(TE). في الوقت نفسه ، فإن الشرط الضروري هو إنتاج الهيدروجين من مصادر الطاقة المتجددة والصديقة للبيئة ، والتي بدورها يجب استخدام مواد وتقنيات صديقة للبيئة.

لسوء الحظ ، على المدى القصير ، فإن استخدام مثل هذه المركبات عالية التقنية على نطاق واسع يمثل مشكلة. ويرجع ذلك إلى النقص في عدد من التقنيات المستخدمة في إنتاجها ، والتطور غير الكافي لتصميم المولدات الكهروكيميائية ، والتكلفة المحدودة والعالية للمواد المستخدمة. على سبيل المثال ، تصل التكلفة المحددة لواحد كيلوواط من طاقة ECG على خلايا الوقود إلى 150-300 ألف روبل (بسعر صرف الروبل الروسي هو 30 روبل / دولار أمريكي). عنصر آخر مهم في تقييد الترويج لتكنولوجيا الهيدروجين بخلايا الوقود في سوق السيارات هو التطوير غير الكافي لتصميم مثل هذه المركبات ككل. على وجه الخصوص ، لا توجد بيانات موثوقة عند اختبار سيارة لكفاءة الوقود في التشغيل الحقيقي. كقاعدة عامة ، يتم إجراء تقييم كفاءة محطة توليد الطاقة الخاصة بالتركيب على أساس خاصية الجهد الحالي. لا يتوافق تقييم الكفاءة هذا مع تقييم الكفاءة الفعالة لمحرك الاحتراق الداخلي ، وهو أمر مقبول في ممارسة بناء المحرك ، والذي يأخذ حسابه أيضًا في الاعتبار جميع الخسائر الميكانيكية المرتبطة بمحرك وحدات المحرك. لا توجد بيانات موثوقة حول كفاءة وقود السيارات في ظروف التشغيل الحقيقية ، والتي تتأثر قيمتها بالحاجة إلى صيانة أجهزة وأنظمة إضافية على متن السيارات ، سواء كانت تقليدية أو مرتبطة بخصائص تصميم السيارات التي تعمل بخلايا الوقود . لا توجد بيانات موثوقة حول تقييم الكفاءة في ظروف درجات الحرارة السلبية ، حيث من الضروري الحفاظ على نظام درجة الحرارة الذي يضمن تشغيل كل من محطة الطاقة نفسها والوقود المزود ، بالإضافة إلى تدفئة كابينة السائق أو الراكب. حجرة. بالنسبة للسيارات الحديثة ، يمكن أن يصل وضع التشغيل إلى -40 درجة مئوية ، ويجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار بشكل خاص في ظروف التشغيل الروسية.

كما هو معروف ، في خلايا الوقود ، الماء ليس فقط نتاج تفاعل تفاعل الهيدروجين والأكسجين ، ولكنه يشارك أيضًا بنشاط في عملية توليد الطاقة ، مما يؤدي إلى ترطيب مواد البوليمر الصلبة المضمنة في تصميم خلايا الوقود. في الأدبيات التقنية الحديثة ، لا توجد بيانات حول موثوقية ومتانة خلايا الوقود في درجات الحرارة المنخفضة. تم أيضًا نشر بيانات متضاربة للغاية في الأدبيات حول متانة عملية ECH على خلايا الوقود.

في هذا الصدد ، من الطبيعي تمامًا أن يقوم عدد من شركات صناعة السيارات الرائدة في العالم بالترويج للمركبات التي تعمل بالهيدروجين والمجهزة بمحركات الاحتراق الداخلي. بادئ ذي بدء ، هذه شركات معروفة مثل BMW و Mazda. تم تحويل محركات BMW Hydrogen-7 و Mazda 5 Hydrogen RE Hybrid (2008) بنجاح إلى هيدروجين.

من وجهة نظر موثوقية التصميم ، التكلفة المنخفضة النسبية لكل كيلو وات من السعة المركبة ، محطات الطاقة القائمة على محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالهيدروجين تتفوق بشكل كبير على مخطط كهربية القلب في خلايا الوقود ، ومع ذلك ، فإن محركات الاحتراق الداخلي ، كما هو شائع ، أقل نجاعة. بالإضافة إلى ذلك ، قد تحتوي غازات العادم لمحرك الاحتراق الداخلي على بعض المواد السامة. يجب اعتبار استخدام محطات توليد الطاقة المجمعة (الهجينة) بمثابة الاتجاه الرئيسي لتحسين معدات السيارات المجهزة بمحرك احتراق داخلي على المدى القصير. يجب توقع أفضل نتيجة من حيث كفاءة الوقود وسمية غاز العادم من استخدام التركيبات الهجينة ذات مخطط تسلسلي لتحويل الطاقة الكيميائية للوقود في محرك الاحتراق الداخلي إلى الطاقة الميكانيكية للسيارة. مع مخطط تسلسلي ، يعمل محرك الاحتراق الداخلي للسيارة بشكل مستمر تقريبًا بأقصى قدر من الكفاءة في استهلاك الوقود ، مما يؤدي إلى تشغيل مولد كهربائي يوفر كهرباءعلى المحرك الكهربائي للعجلة بالسيارة وجهاز تخزين الطاقة (البطارية). تتمثل مهمة التحسين الرئيسية لمثل هذا المخطط في إيجاد حل وسط بين كفاءة استهلاك الوقود لمحرك الاحتراق الداخلي وسمية غازات العادم. تكمن خصوصية حل المشكلة في حقيقة أن أقصى كفاءة للمحرك يتم تحقيقها عند التشغيل على خليط خفيف من الهواء والوقود ، ويتم تحقيق الحد الأقصى من سمية غاز العادم بتكوين متكافئ ، حيث يتم تحقيق الكمية من الوقود الذي يتم توفيره لغرفة الاحتراق يتم توفيره بشكل صارم وفقًا لكمية الهواء المطلوبة للاحتراق الكامل. يكون تكوين أكاسيد النيتروجين محدودًا بسبب نقص الأكسجين الحر في غرفة الاحتراق ، وعدم اكتمال احتراق الوقود بواسطة محول غاز العادم. في محركات الاحتراق الداخلي الحديثة ، يقوم جهاز استشعار لقياس تركيز الأكسجين الحر في غاز العادم لمحرك احتراق داخلي بإرسال إشارة إلى نظام إمداد الوقود الإلكتروني ، والذي تم تصميمه بطريقة تحافظ على التركيب المتكافئ للهواء - خليط الوقود في غرفة احتراق المحرك في جميع أوضاع المحرك. بالنسبة لمحطات الطاقة الهجينة ذات المخطط التسلسلي ، من الممكن تحقيق أفضل كفاءة للتحكم في خليط الهواء والوقود بسبب عدم وجود أحمال متناوبة على محرك الاحتراق الداخلي. في الوقت نفسه ، من وجهة نظر كفاءة الوقود ، فإن تكوين ICE المتكافئ لخليط وقود الهواء ليس هو الأمثل. تتوافق أقصى كفاءة للمحرك دائمًا مع خليط هزيل بنسبة 10-15 بالمائة مقارنةً بالمقاييس المتكافئة. في هذه الحالة ، يمكن أن تكون كفاءة محرك الاحتراق الداخلي عند العمل بمزيج ضعيف أعلى بمقدار 10-15 منها عند التشغيل بمزيج من تركيبة متكافئة. يمكن حل مشكلة زيادة انبعاثات المواد الضارة ، وهو أمر نموذجي لمحركات الاحتراق الداخلي بالشرارة في هذه الأوضاع ، نتيجة لتحويل تشغيل محركات الاحتراق الداخلي إلى تركيبات وقود الهيدروجين والبنزين والهيدروجين (BVTK) أو تركيبات وقود الميثان والهيدروجين (MVTK). يمكن أن يؤدي استخدام الهيدروجين كوقود أو كمادة مضافة للوقود الرئيسي إلى توسيع حدود الاستنفاد الفعال لخليط الوقود والهواء بشكل كبير. يسمح لك هذا الظرف بزيادة كفاءة محرك الاحتراق الداخلي وتقليل سمية غازات العادم.

تحتوي غازات العادم لمحركات الاحتراق الداخلي على أكثر من 200 هيدروكربوني مختلف. نظريًا ، في حالة احتراق المخاليط المتجانسة (من ظروف التوازن) ، لا ينبغي احتواء الهيدروكربونات في غازات عادم محرك الاحتراق الداخلي ، ولكن بسبب عدم تجانس خليط وقود الهواء في غرفة الاحتراق الداخلية محرك الاحتراق ، تحدث ظروف أولية مختلفة لتفاعل أكسدة الوقود. تختلف درجة الحرارة في غرفة الاحتراق في حجمها ، مما يؤثر أيضًا بشكل كبير على اكتمال احتراق خليط الهواء والوقود. في عدد من الدراسات ، وجد أن اللهب ينطفئ بالقرب من الجدران الباردة نسبيًا لغرفة الاحتراق. وهذا يؤدي إلى تدهور ظروف احتراق خليط الهواء والوقود في الطبقة القريبة من الجدار. قام Daneshyar H و Watf M بتصوير عملية احتراق خليط من البنزين والهواء في المنطقة المجاورة مباشرة لجدار أسطوانة المحرك. تم التصوير من خلال نافذة كوارتز في رأس أسطوانة المحرك. جعل هذا من الممكن تحديد سمك منطقة التبريد في حدود 0.05-0.38 مم. في المنطقة المجاورة مباشرة لجدران غرفة الاحتراق ، يزيد CH بمقدار 2-3 مرات. استنتج المؤلفون أن منطقة التبريد هي أحد مصادر إطلاق الهيدروكربون.

مصدر آخر مهم لتكوين الهيدروكربون هو زيت المحرك ، الذي يدخل أسطوانة المحرك نتيجة الإزالة غير الفعالة من الجدران بواسطة حلقات مكشطة الزيت أو من خلال الفجوات بين سيقان الصمام والبطانات التوجيهية. تشير الدراسات إلى أن استهلاك الزيت من خلال الفجوات بين سيقان الصمام والبطانات التوجيهية في محركات الاحتراق الداخلي لبنزين السيارات يصل إلى 75٪ من إجمالي استهلاك الزيت للنفايات.

عندما يعمل محرك الاحتراق الداخلي بالهيدروجين ، فإن الوقود لا يحتوي على مواد كربونية. في هذا الصدد ، تحتوي الغالبية العظمى من المنشورات على معلومات تفيد بأن غازات العادم لمحركات الاحتراق الداخلي لا يمكن أن تحتوي على هيدروكربونات. ومع ذلك ، تبين أن هذا ليس هو الحال. مما لا شك فيه ، مع زيادة تركيز الهيدروجين في BVTK و MVTK ، ينخفض ​​تركيز الهيدروكربونات بشكل كبير ، لكنه لا يختفي تمامًا. إلى حد كبير ، قد يكون هذا بسبب النقص في تصميم معدات الوقود التي تستهلك الإمداد بالوقود الهيدروكربوني. حتى التسرب البسيط للهيدروكربونات أثناء تشغيل محرك الاحتراق الداخلي على الخلائط قليلة الدهن يمكن أن يؤدي إلى إطلاق الهيدروكربونات. قد يترافق هذا الإطلاق للهيدروكربونات مع تآكل مجموعة مكبس الأسطوانة ، ونتيجة لذلك ، زيادة نفايات الزيت ، إلخ. في هذا الصدد ، عند تنظيم عملية الاحتراق ، من الضروري الحفاظ على درجة حرارة الاحتراق عند مستوى عند الذي يكتمل فيه احتراق مركبات الهيدروكربون بشكل كافٍ.

في عملية احتراق الوقود ، تتشكل أكاسيد النيتروجين خلف مقدمة اللهب في منطقة درجة الحرارة المرتفعة الناتجة عن تفاعل احتراق الوقود. يتكون تكوين أكاسيد النيتروجين ، إذا لم تكن مركبات تحتوي على النيتروجين ، نتيجة تفاعل الأكسجين والنيتروجين في الهواء. النظرية المقبولة عمومًا لتكوين أكاسيد النيتروجين هي النظرية الحرارية. وفقًا لهذه النظرية ، يتم تحديد ناتج أكاسيد النيتروجين من خلال درجة الحرارة القصوى للدورة ، وتركيز النيتروجين والأكسجين في منتجات الاحتراق ولا يعتمد على الطبيعة الكيميائية لنوع الوقود (في حالة عدم وجوده) النيتروجين في الوقود). في غازات العادم لمحركات الاحتراق الداخلي ذات الاشتعال بالشرارة ، يكون محتوى أكسيد النيتروجين 99٪ من كمية كل أكاسيد النيتروجين (NOx). بعد مغادرة الغلاف الجوي ، يتأكسد NO إلى NO2.

عندما يعمل محرك الاحتراق الداخلي على الهيدروجين ، فإن تكوين أكسيد النيتروجين له بعض الميزات مقارنة بتشغيل المحرك على البنزين. هذا يرجع إلى الخصائص الفيزيائية والكيميائية للهيدروجين. العوامل الرئيسية في هذه الحالة هي درجة حرارة احتراق هواء الهيدروجين وحدود الاشتعال. كما هو معروف ، فإن حدود الاشتعال لخليط الهيدروجين والهواء تتراوح بين 75٪ - 4.1٪ ، وهو ما يتوافق مع معامل هواء زائد من 0.14 - 9.85 ، بينما بالنسبة للإيزوكتان فهو في حدود 6.0٪ - 1.18٪ ، والذي يتوافق مع المعامل ، الهواء الزائد 0.29 - 1.18. من السمات المهمة لاحتراق الهيدروجين زيادة معدل احتراق المخاليط المتكافئة. على التين. يوضح الشكل 12 رسمًا بيانيًا للاعتمادات التي تميز مسار عمليات تشغيل محرك الاحتراق الداخلي عند العمل على الهيدروجين والبنزين.


الشكل 12. تغيير معلمات عملية تشغيل محرك الاحتراق الداخلي عند التشغيل على الهيدروجين والبنزين ، تبلغ قوة محرك الاحتراق الداخلي 6.2 كيلو واط ، وسرعة العمود المرفقي 2400 دورة في الدقيقة.

على النحو التالي من الرسوم البيانية الخاصة بهم ، فإن نقل محركات الاحتراق الداخلي من البنزين إلى الهيدروجين يؤدي في منطقة الخلائط المتكافئة إلى زيادة حادة في درجة حرارة الدورة القصوى. يوضح الرسم البياني أن معدل إطلاق الحرارة عندما يعمل محرك الاحتراق الداخلي بالهيدروجين في المركز الميت العلوي لمحرك الاحتراق الداخلي يكون 3-4 مرات أعلى منه عند العمل بالبنزين. وفي الوقت نفسه ، توجد آثار لتقلبات الضغط مرئي بوضوح على الرسم البياني للمؤشر ، والذي يكون مظهره في نهاية شوط الانضغاط هو الاحتراق المميز لخليط وقود الهواء. يوضح الشكل 13 مخططات المؤشرات التي تصف التغير في الضغط في أسطوانة محرك الاحتراق الداخلي (ZMZ-24D ، Vh = 2.4 لتر ، نسبة الضغط -8.2). اعتمادًا على زاوية دوران العمود المرفقي (قوة 6.2 كيلوواط ، h.v. إلى 2400 دورة في الدقيقة) عند العمل على البنزين والهيدروجين.

الشكل 13. مخططات إرشادية لمحركات الاحتراق الداخلي (ZMZ-24-D ، Vh = 24 لتر ، نسبة الضغط 8.2) بقوة 6.2 كيلو واط و h.p. إلى 2400 دورة في الدقيقة. عند تشغيله على البنزين والهيدروجين

عندما يعمل محرك الاحتراق الداخلي بالبنزين ، يكون التدفق غير المتكافئ لمخططات المؤشرات من دورة إلى أخرى مرئيًا بوضوح. عند العمل على الهيدروجين ، خاصة مع تركيبة متكافئة ، لا يوجد تفاوت. في الوقت نفسه ، كانت زاوية تقدم الإشعال صغيرة جدًا بحيث يمكن اعتبارها عمليا مساوية للصفر. وتجدر الإشارة إلى زيادة حادة للغاية في الضغط بعد TDC ، مما يشير إلى زيادة صلابة العملية. يوضح الرسم البياني السفلي الرسوم البيانية للمؤشر عند العمل على الهيدروجين بنسبة هواء زائدة تبلغ 1.27. كان توقيت الاشتعال 10 درجات مئوية. في بعض مخططات المؤشرات ، تظهر بوضوح آثار التشغيل "الصعب" لمحرك الاحتراق الداخلي. تساهم طبيعة تدفق عملية تشغيل محرك الاحتراق الداخلي عند استخدام الهيدروجين كوقود في زيادة تكوين أكاسيد النيتروجين. تتوافق القيمة القصوى لتركيز أكاسيد النيتروجين في غاز العادم مع تشغيل محرك الاحتراق الداخلي بمعامل هواء زائد يبلغ 1.27. هذا طبيعي تمامًا ، نظرًا لأن خليط وقود الهواء يحتوي على كمية كبيرة من الأكسجين الحر ، ونتيجة لمعدلات الاحتراق العالية ، تحدث درجة حرارة احتراق عالية لشحنة وقود الهواء. ومع ذلك ، عند التبديل إلى الخلائط الأصغر حجمًا ، تنخفض معدلات إطلاق الحرارة. تقليل و درجة الحرارة القصوىدورة ، وبالتالي تركيز أكاسيد النيتروجين في غاز العادم.


الشكل 14. خصائص الضبط لتكوين الخليط أثناء تشغيل محرك الاحتراق الداخلي على تركيبات وقود البنزين والهيدروجين ، قوة محرك الاحتراق الداخلي 6.2 كيلو واط ، وسرعة العمود المرفقي 2400 دورة في الدقيقة. 1. بنزين ، 2. بنزين + H2 (20٪) ، 3. بنزين + H2 (50٪) ، 4. هيدروجين

على التين. يوضح الشكل 14 تبعيات التغييرات في انبعاث المواد السامة من غاز عادم ICE عند العمل على البنزين وتركيبات وقود الهيدروجين والهيدروجين. كما يلي من الرسم البياني ، تتوافق أعلى قيمة لانبعاثات أكاسيد النيتروجين مع تشغيل محركات الاحتراق الداخلي على الهيدروجين. في الوقت نفسه ، عندما يصبح خليط الوقود والهواء أقل رشاقة ، ينخفض ​​تركيز أكاسيد النيتروجين ، ويصل إلى قيمة تقارب الصفر مع نسبة هواء زائدة تزيد عن وحدتين. وبالتالي ، فإن تحويل محرك السيارة إلى الهيدروجين يجعل من الممكن حل مشكلة كفاءة الوقود بشكل جذري ، وتسمم غاز العادم وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

يمكن أن يساهم استخدام الهيدروجين كمادة مضافة للوقود الرئيسي في حل مشكلة تحسين كفاءة الوقود لمحركات الاحتراق الداخلي ، وتقليل انبعاث المواد السامة وتقليل انبعاث ثاني أكسيد الكربون ، ومتطلبات محتواها في يتم تشديد غاز العادم لمحركات الاحتراق الداخلي باستمرار. قد تصبح إضافة الهيدروجين بالوزن في حدود 10-20 بالمائة مثالية للسيارات ذات المحركات الهجينة في المستقبل القريب جدًا.

يمكن أن يكون استخدام الهيدروجين كوقود للمحرك فعالاً فقط عند إنشاء تصميمات متخصصة. حاليًا ، تعمل الشركات المصنعة الرائدة لمحركات السيارات على إنشاء مثل هذه المحركات. من حيث المبدأ ، فإن الاتجاهات الرئيسية التي من الضروري التحرك فيها عند إنشاء تصميم جديد لمحركات الاحتراق الداخلي للهيدروجين معروفة. وتشمل هذه:

1. سيؤدي استخدام تكوين المزيج الداخلي إلى تحسين معايير الوزن والحجم المحددة لمحرك الهيدروجين بنسبة 20-30 بالمائة.

2. إن استخدام خليط الهيدروجين والهواء الهزيل للغاية لمحطات توليد الطاقة الهجينة سيمكن من تقليل درجة حرارة الاحتراق في غرفة الاحتراق لمحرك الاحتراق الداخلي بشكل كبير وخلق متطلبات مسبقة لزيادة درجة انضغاط محرك الاحتراق الداخلي ، استخدام مواد جديدة ، بما في ذلك السطح الداخلي لغرفة الاحتراق ، مما يقلل من فقد الحرارة لمحرك نظام التبريد.

كل هذا ، وفقًا للخبراء ، سيجعل من الممكن تحقيق الكفاءة الفعالة لمحرك الاحتراق الداخلي الذي يعمل بالهيدروجين بنسبة تصل إلى 42-45 في المائة ، وهو ما يمكن مقارنته تمامًا بكفاءة المولدات الكهروكيميائية ، التي لا توجد بيانات عنها حاليًا الكفاءة الاقتصادية في ظروف التشغيل الفعلي للمركبات ، مع مراعاة قيادة الوحدات المساعدة ، وصالون التدفئة ، وما إلى ذلك.

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 الأول فقط عنصر كيميائي. 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. مع. 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 عناصر جديدة 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. لذا. 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 بأربع 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 ، وتلقى شليتز نفسه جائزة لهذا التطور ، بل وحصل على براءة اختراع. 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 توصيلها 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.

لطالما اعتبر الهيدروجين أفضل بديل للبنزين. هذا ليس مفاجئًا ، لأنه عندما يتم حرقه ، يتم إطلاق الماء ، وليس المواد الضارة. هذا فقط ، على الرغم من كل المزايا والخلافات والمناقشات الواضحة حوله سيارة الهيدروجينلا يزالون مستمرين. وهذا على الرغم من حقيقة أن العديد من الشركات ، مثل Toyota و BMW و Ford ، تعمل باستمرار على استخدام مثل هذا الغاز كمصدر للطاقة لحركة السيارة.

مصنع الهيدروجين للسيارة الذي بدأ كل شيء

وفقًا للمعلومات التاريخية ، كان أول محرك ICE هو الهيدروجين ، على الرغم من استخدام غاز الإضاءة في بعض الأحيان. لكن الأمر استغرق عدة سنوات لتحسين مثل هذا المحرك ، وفقط في عام 1859 تم بناء أول عربة ذاتية الدفع ، والتي استخدمت الغازات المذكورة كوقود لها. لذلك يمكننا القول أن النقل الحديث بدأ بسيارة بمحرك هيدروجين. على الرغم من أنه في المستقبل أفسح المجال للبنزين.

هناك عدة حالات ، في حالة عدم وجود الوقود المعتاد ، قام مولد الهيدروجين بتزويد السيارة بالوقود. لكن مع ذلك ، مع كل مزايا مصدر الطاقة هذا ، لم يجد تطبيقًا واسعًا ، على الرغم من أن العديد من شركات السيارات ، مثل Toyota ، تعمل على إمكانية إنشاء سيارة على وقود الهيدروجين ، ويجب أن أقول ، ليس بدون نجاح .

حول محركات الهيدروجين

هناك العديد من الخيارات المختلفة لما يمكن أن يكون عليه هذا المحرك وما يمكن أن يكمن وراء تشغيله.

احتراق الهيدروجين

هذا محرك احتراق داخلي تقليدي يعمل مباشرة على الهيدروجين أو على خليط مع البنزين. نتيجة لمثل هذه المادة المضافة ، يتحسن احتراق الخليط ، وتزداد كفاءة المحرك ، ويقل محتوى أول أكسيد الكربون أثناء الاحتراق. ومع ذلك ، يجب إدخال خزان لتخزين الهيدروجين والهيدروجين السائل في تصميم السيارة. وهذا لا يضيف مساحة في الجذع ولا يزيد من الأمان في الاصطدامات.

يتم تنفيذ مبدأ استخدام الهيدروجين بواسطة BMW ، وتعتبر الشركة إمكانية استخدام أي نوع من الوقود (البنزين والهيدروجين) بمثابة المهمة الرئيسية. تم إنشاؤها بالفعل و وقت طويلعدة عينات تعمل على مبدأ مماثل يتم تشغيلها بنجاح. صحيح ، في هذه الحالة ، تظل أوجه القصور الكامنة في السيارة العادية قائمة بشكل أساسي.

خلايا الوقود

طريقة أخرى لاستخدام الهيدروجين في خلية الوقود. يظهر تصميمه في الشكل.


نتيجة لمرور جزيئات الهيدروجين والأكسجين عبر القطب الموجب والكاثود وتفاعلهما ، يتكون الماء والتيار الكهربائي. إذا قمت بتوصيل العديد من هذه العناصر ، تحصل على نوع من المولد الذي يضمن تشغيل المحرك الكهربائي. في الواقع ، يتم إنشاء مولد كهربائي كيميائي للتيار الكهربائي بطريقة مماثلة.

يتم تنفيذ هذا الخيار لبناء سيارة تستخدم الهيدروجين كوقود بواسطة تويوتا. تعتزم الانتقال من إنتاج النماذج الأولية إلى الإنتاج الضخم للمركبات الكهربائية على أساس خلايا الوقود. وفقًا للتقارير ، يجب أن يتم إنتاج سيارة تويوتا الهيدروجينية بكميات كبيرة اعتبارًا من عام 2015.

هل الهيدروجين حقا بهذه الجودة؟

يُعتقد أن أهم ميزة للسيارة التي تستخدم الهيدروجين هي ملاءمتها للبيئة.من المقبول عمومًا أنه أثناء احتراق الهيدروجين ، بدلاً من أول أكسيد الكربون والمواد الضارة الأخرى ، سيظهر الماء ، أو بالأحرى بخار الماء. ومع ذلك ، فإن هذا لا يستخدم الأكسجين النقي ، ولكن يستخدم الهواء الذي يحتوي على النيتروجين. نتيجة لذلك ، تتشكل أكاسيد النيتروجين في غرفة الاحتراق. وتأثيرها على بيئةيمكن أن يكون أسوأ بكثير من العادم التقليدي.

بالإضافة إلى ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن دخول الهيدروجين إلى الأجزاء الساخنة من محرك الاحتراق الداخلي يمكن أن يؤدي إلى اشتعاله. لذلك ، فإن الأنسب لاستخدام هذا الوقود هو المحرك الدوار ، حيث يدخل الغاز إلى الجزء البارد ، ثم يتم تقطيره في الجزء الساخن.

هناك نقاش كبير جدًا بشكل عام حول مسألة ما إذا كان لسيارة الهيدروجين الحق في الوجود. هناك العديد من المشاكل هنا ، بدون حل لا معنى للحديث عن مستقبل هذه التكنولوجيا. وتجدر الإشارة إلى أنه يجب أولاً الحصول على الهيدروجين ، الأمر الذي يتطلب نوعًا من التثبيت. يمكن أن يكون مصدر إنتاجه هو الماء أو الميثان.

هذا هو المكان الذي تنشأ فيه واحدة من المشاكل الرئيسية.

  • يعتبر الميثان نفسه ناقلًا جيدًا للطاقة ، ومن غير المنطقي إخضاعه لمعالجة إضافية من أجل حرق المنتج النهائي لاحقًا ، يمكنك حرق الميثان على الفور دون أي تكلفة إضافية.
  • مع الماء ، الصورة أكثر إثارة للاهتمام. من أجل الحصول على متر مكعب واحد من الهيدروجين ، من الضروري إنفاق أربعة أضعاف الكهرباء التي يمكن توليدها عن طريق حرق هذا الحجم من الغاز.
  • يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن انبعاثات المواد الضارة ستحدث أثناء إنتاج الهيدروجين ، وليس معروفًا أيهما سيكون أفضل. بدلاً من انبعاث غازات عوادم السيارات ، سيتم إنشاء نفاياتهم الخاصة عند استقبال الغاز.
  • بالإضافة إلى ذلك ، فإن مسألة التخزين مشكلة كبيرة. لم يتم حلها بعد ، الهيدروجين قادر على اختراق أي مادة ، ويجب تخزينه في صورة سائلة ، وهذه تكاليف إضافية وليست تكاليف صغيرة يجب إضافتها إلى تلك التي يتم تكبدها في مرحلة الإنتاج. وعندما يتسرب الغاز يتكون خليط متفجر مع الهواء.

المشكلة التالية التي تضع حدًا عمليًا لاستخدام الهيدروجين كوقود للسيارة هي الافتقار إلى البنية التحتية المناسبة. من الضروري أن نفهم أولاً وقبل كل شيء شبكة من محطات الوقود.

لذلك يجب أن يكون واضحًا مما قيل بالفعل أن الهيدروجين ليس كذلك مصدر بديلعلى أي حال ، حتى يتم الوصول إلى طريقة للحصول عليها بتكلفة زهيدة. والأساطير حول المستقبل المشرق لطاقة الهيدروجين ليست سوى واحدة من طرق الصراع بين الشركات الكبرى.

لكن لا يزال بإمكانك المحاولة - مولد الهيدروجين لسيارة

على الرغم من هذا الاستنتاج المؤسف حول طاقة الهيدروجينفي النطاق الصناعي، يمكنك محاولة استخدام خيار الحصول على ما يسمى بغاز براون مباشرة على السيارة. في الواقع ، هذا هو نفس الهيدروجين ، الناتج عن التحليل الكهربائي للماء ، يتم إجراؤه فقط في السيارة. تحت الغطاء ، تم تركيب تركيب خاص ، مولد هيدروجين ، مدعوم من الشبكة الموجودة على متن الطائرة.

من الواضح أنه ، مع افتراض ثبات باقى المتغيرات ، ستنخفض الطاقة المستهلكة على الحركة ، وسيتم إنفاق جزء من الطاقة بشكل إضافي على إنتاج الغاز. لكن النتائج التي تم الحصول عليها خلال العديد من الاختبارات تظهر أن مثل هذا التثبيت يمكن أن يوفر ما يصل إلى ثلاثين في المائة من البنزين.

كيف يتم ترتيب هذا المولد يسمح لك بفهم الشكل. يظهر مثال على تصنيع أبسط نسخته في الفيديو


يعتمد على أقطاب كهربائية معدنية ، بعضها متصل بالإيجاب ، وبعضها ناقص ب / ث. تمتلئ المياه بالداخل (السهم الأزرق) ويخرج غاز براون من الخزان (السهم الأزرق). من خلال الخرطوم ، يتم إمداد الغاز إلى أنبوب مدخل محرك الاحتراق الداخلي.

يمكن رؤية كيف يقع هذا الإعداد بالفعل تحت الغطاء في الصورة.

إليك مولد غاز بني صغير سيسمح لأي سيارة بأن تكون أقرب قليلاً إلى إبداعات تويوتا أو BMW ، مما يؤدي إلى تحقيق بعض التوفير في البنزين.

صحيح أن الخلافات حول ما إذا كان المالك يستفيد من مثل هذا الجهاز لا تهدأ. يجادل البعض بأن المولد يستحق العناء ، والبعض الآخر ، باستخدام الصيغ والحجج الأخرى ، يثبت أن هذه أسطورة ، وفي الواقع لا يوجد أي معنى في مولد الهيدروجين.

يعتبر الهيدروجين وقود المستقبل ولكن هل هو كذلك؟ هناك العديد من التحديات لاستخدامها على نطاق واسع ، وعلى الرغم من أن شركات صناعة السيارات الكبرى مثل تويوتا تبذل جهودًا كبيرة في هذا الاتجاه ، إلا أن هناك بعض الشكوك في أن الهيدروجين سيكون قادرًا على استبدال البنزين في المستقبل القريب. ولكن هناك رأي مفاده أنه إذا كنت تستخدم أبسط مولد غاز من طراز Brown ، فمن الممكن تمامًا توفير البنزين في سيارتك دون انتظار وصول طاقة الهيدروجين.

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.

قصة

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.

قصة

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:

آخر.

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