Hidrogenul. Utilizarea lui la vehicule.

22 noiembrie 2022, 12:42

Regulamentul UE din 2035 exclude toate mașinile rutiere cu emisii diferite de dioxid de carbon. Directiva se concentrează în mod clar pe mașinile electrice cu baterie - dar există loc pentru alternative? În acest articol, explorăm posibilitățile, capcanele și limitările tehnice actuale ale utilizării hidrogenului ca și combustibil.

Părea a fi un eșec la prima vedere

Hidrogenul este utilizat în două variante practice pentru vehicule: una este arderea într-un motor cu ardere internă și cealaltă este o soluție de pile de combustibil.

Unul dintre pionierii din acest domeniu a fost BMW Hydrogen 7. Acesta este un vehicul în ediție limitată, propulsat de un motor cu ardere internă, al cărui proiect a decurs între 2005 și 2007. Mașina este bazată pe BMW Seria 7 (E65) pe benzină convențională 760Li.

BMW Hydrogen 7 (Sursă: www.wikipedia.org)

A folosit același motor V-12 de 6 litri ca și 760i și 760Li; cu toate acestea, a fost modificat pentru a permite arderea atât a hidrogenului, cât și a benzinei.
Au fost fabricate aproximativ 100 dintre ele, iar acest lucru a fost dureros și pentru BMW: proiectul a fost un eșec, au putut extrage doar o fracțiune din puterea inițială din V12 de 6 litri, iar o stație de alimentare cu robot a trebuit să răcească hidrogenul până la -253 °C pentru a putea umple mașina cu cantitatea potrivită. În plus, era complicat ca rezervorul să păstreze hidrogenul înăuntru și nu s-a găsit nicio soluție pentru asta în acel moment.

Producție

Este un fapt interesant că cel mai comun element chimic din întregul univers, reprezintă 75% din masa materiei normale și 90% din numărul de atomi. În acest caz, este necesar să induceți această afecțiune cu un aport de energie.
În industrie, hidrogenul este extras cel mai adesea din metan, acid clorhidric sau apă. Ultimul se întâmplă cu electroliza, pe care industria auto a vizat-o în ultimii ani. Din cauza cantității uriașe de centrale eoliene și solare înființate în ultima perioadă, de multe ori nu este în măsură să transmită surplusul actual de producție de energie electrică, astfel încât această cantitate de energie se va pierde. Una dintre aspirațiile Germaniei este să folosească această energie risipită pentru a produce hidrogen.
Ideea poate chiar să funcționeze, deoarece pentru electroliză este necesară o cantitate relativ mare de energie electrică dintr-o sursă de energie directă.

Depozitare

Depozitarea acestui combustibil reprezintă o problemă de aceeași dimensiune ca și energia electrică pentru mașinile electrice cu baterie. Motivul este simplu. La temperatura la care corpul uman se simte confortabil, hidrogenul molecular este în stare gazoasă. Deși conținutul său specific de energie este de câteva ori mai mare decât cel al benzinei – ca să nu mai vorbim de motorină – acest lucru ar fi semnificativ doar dacă am vorbi despre aceeași densitate de material. Punctul său de topire este de numai 14 Kelvin, adică -259,13 °C, la presiunea atmosferică. Trebuie să răcim hidrogenul până în acest punct pentru a obține o stare lichidă și o densitate utilizabilă.
Se vede că aceasta implică o investiție energetică uriașă și asta nu este tot (procedura LH2). După răcire, ar trebui să stocăm hidrogenul, astfel încât să putem stoca cât mai mult posibil în rezervoarele noastre de dimensiuni finite.
În legătură cu răcirea s-a făcut un compromis în timpul dezvoltării: au început depozitarea într-un interval mai mare, dar la o presiune uriașă (procesul CGH2). Acest lucru funcționează, dar pentru aceasta a trebuit să fie dezvoltate containere speciale, care pot împiedica difuzarea în masă a moleculelor extrem de mici, chiar și la o presiune atât de mare. Sunt necesare decenii de dezvoltare pentru a găsi o soluție acceptabilă la această problemă.
Până acum se desfășoară experimente privind stocarea de absorbție a hidrogenului.
În timpul acestui proces, hidrogenul este absorbit într-un fel de aliaj metalic, astfel încât atomii de hidrogen pot fi aranjați mai dens decât în ​​stare lichidă (la temperatura camerei). În schimb, materialul de depozitare înseamnă un plus de greutate, pe care în timpul cercetării încearcă să o facă dintr-un aliaj cât mai ușor.
Materialele utilizate acoperă un spectru larg (nichel-zirconiu, magneziu etc.).
O nouă metodă care a ieșit recent la iveală este purtătorul organic lichid (LOHC). În acest caz, hidrogenul este stocat într-un mediu purtător lichid-organic. În timpul procesului, hidrogenul este transformat într-o altă substanță prin legături chimice, ceea ce permite depozitarea fără presiune și transportul unor cantități mari chiar și la temperatura camerei. Prin inversarea reacției chimice, hidrogenul este eliberat din purtător.
Exemple de sisteme LOHC includ hidrogenarea materialelor organice, formarea de alcooli cu monoxid de carbon, cuplarea cu uleiuri sau chiar utilizarea amoniacului ca purtător de hidrogen.

Celula de combustibil

După proiectul eșuat de la BMW, toată lumea a crezut că arderea hidrogenului într-un motor cu ardere internă a fost o greșeală, că nu există nicio șansă de implementare fabricabilă și profitabilă.
Prin urmare, cercetările s-au îndreptat unanim către celula de hidrogen.
O celulă de combustie (cunoscută și ca pilă de combustibil) este o sursă de energie chimică în care procesul de generare a energiei este oxidarea unui anumit combustibil (de exemplu, gaz natural, motorină, cărbune, hidrogen, alcool). Prin urmare, este o concepție greșită că putem folosi doar hidrogenul în celula de combustibil. Hidrogenul iese în evidență față de celelalte opțiuni prin faptul că apa este produsă la sfârșitul procesului, deci nu are impact negativ asupra mediului.

Sursă: www.wikipedia.org

Pilele de combustie diferă de celulele galvanice deoarece în timpul funcționării lor, materialele implicate în reacția generatoare de curent sunt alimentate continuu și produsele rezultate sunt descărcate, astfel încât, spre deosebire de celulele galvanice, acestea nu se „uzează”.
Ceea ce este atractiv la celula de combustie este că eficiența acesteia este foarte mare - semnificativ mai mare decât cea a motoarelor cu ardere internă.
Una dintre cele două probleme principale este că eficiența globală a producției de hidrogen nu este nici pe departe la fel de mare (asemănătoare cu mașinile electrice cu baterii).

Sursă : www.toyota.hu

Cealaltă problemă este că pila de combustie necesită multe materiale care sunt foarte rare și producția lor implică costuri uriașe. Unul dintre cele mai illustre exemple ale acestora este platina, pentru care se fac experimente de ani de zile.
Deși dezvoltarea rețelei de hidrogen mai lasă de dorit, astăzi este posibil să cumpărați o mașină cu celulă de hidrogen (vezi: Toyota Mirai). Distribuția lor pe viitor este în discuție.

Înapoi la motorul cu ardere internă

Cu toate acestea, tranziția către soluții alternative a întâmpinat obstacole neașteptate, în special în transportul de marfă. Din ce în ce mai mult, se pare că nu ne apropiem de densitatea de energie a bateriei, care ar fi ideală pentru un camion greu.
De aceea, multe companii au scos motoare cu ardere internă pentru a le face potrivite pentru arderea hidrogenului.
Dezvoltatorii de vehicule grele încearcă de această dată să transforme chiulasa motorului diesel, în timp ce Toyota a venit cu o Corolla alimentată cu hidrogen, care a fost înscrisă și într-o cursă de 24 de ore.
Nu este încă clar dacă această soluție se va încadra în condițiile cu emisii zero din 2035. În orice caz, va fi interesant de văzut care tehnologii continuă să scrie cartea de istorie a vehiculelor.

Sursă Motofocus Polonia

Comentarii

Comentariul trebuie sa conțină mai mult de 5 caractere!

Vă rugăm să acceptați regulamentele!

Nu există comentarii. Fii primul!