Водороден е-двигател | dLambow

(Hydrogen e-engine) -

Водороден е-двигател с горивна клетка - предимства и недостатъци

Какво е водороден е-двигател?

Водородният е-двигател е вид двигател, който използва водород като гориво и произвежда електричество чрез химическа реакция между водорода и кислорода. Тази реакция се осъществява в устройство, наречено горивна клетка, която превръща химическата енергия на водорода в електрическа енергия.

Електричеството се използва за задвижване на електромотор, който пък задвижва колелата на автомобила. Единственият продукт от реакцията е вода, която се изхвърля от изпускателната тръба. Така водородният е-двигател не замърсява околната среда и има нулеви вредни емисии.

Водороден е-двигател (Hydrogen e-engine)

Предимства на водородния е-двигател

Водородният е-двигател има някои предимства пред други видове двигатели, като например:

• Висока енергийна плътност на водорода, което означава, че може да се превози и съхранява повече гориво в по-малко пространство;
• Безшумна работа на силовия агрегат, тъй като няма механични части, които да се трият или да се износват;
• Бързо зареждане с гориво, което може да отнеме около 3-5 минути;
• Стабилна работа дори при ниски температури, тъй като горивната клетка не зависи от химически реакции в батерията.

Недостатъци на водородния е-двигател

Въпреки това, водородният е-двигател има и някои недостатъци, като например:

• Скъпо и замърсяващо производство на водород, което често изисква използването на изкопаеми горива или електричество от необновяеми източници;
• Ограничена инфраструктура за презареждане с водород, което означава, че има малко места, където може да се зареди автомобил с водороден е-двигател;
• Тежка и сложна инсталация на горивната клетка, което повишава теглото и цената на автомобила;
• Риск от експлозия при изтичане или повреда на газовия цилиндър, тъй като водородът е лесно запалим и подлежи на самовъзпламеняване при контакт с горещи повърхности.

Действащи автомобили в водородни е-двигатели

В момента има няколко модела на автомобили, които използват водороден е-двигател, като например:

• Mercedes-Benz GLC F-Cell, който комбинира горивна клетка и батерия за хибридна система;
• Hyundai Nexo, който може да преодолее 600 км с един резервоар от водород;
• BMW Hydrogen 7, който е модифициран двигател с вътрешно горене, адаптиран за работа с водород.

Горивна клетка

Какъв е принципа на работа на горивната клетка?

Принципът на работа на горивната клетка е следният: водородът и кислородът се подават към двата електрода на клетката, където се разделят на йони и електрони. Ионите преминават през електролита, а електроните през външната верига, като така се генерира електрически ток. На изхода от клетката йоните и електроните се обединяват и образуват вода. Тази реакция освобождава химическа енергия, която се превръща в електрическа без да има изгаряне или замърсяване.

Видове горивни клетки

В зависимост от вида на електролита и температурата на работа, съществуват различни видове горивни клетки, като например:

Алкални горивни клетки (AFC)

Използват калиев хидроксид (KOH) като електролит и работят при температури около 80°C;

Протонно-обменни мембрани (PEMFC)

Използват полимерна мембрана като електролит и работят при температури около 60°C;

Директни метанолови горивни клетки (DMFC)

Използват метанол като гориво и полимерна мембрана като електролит и работят при температури около 90°C;

Молекулярно-оксидни горивни клетки (MCFC)

Използват смес от литиев и калиев карбонат (Li2CO3/K2CO3) като електролит и работят при температури около 650°C;

Твърдо-оксидни горивни клетки (SOFC)

Използват циркониев диоксид (ZrO2) като електролит и работят при температури около 1000°C.

Всеки вид горивна клетка има свои предимства и недостатъци, свързани с производството, инсталацията, ефективността, издръжливостта и приложението им. Някои от тях са подходящи за стационарни или преносими генератори, други за автомобили или лодки, трети за космически апарати или подводници.

Колко ефективен е водородният двигател спрямо бензиновия?

Ефективността на водородния двигател зависи от типа на двигателя и начина на използване на водорода. Има два основни вида водородни двигатели:

• - двигатели с вътрешно горене и
• - двигатели с горивни клетки.

Двигатели с вътрешно горене на водород

Двигателите с вътрешно горене използват водород като заместител на бензина и го изгарят в горивни камери, за да произведат експлозии, които задвижват буталата. Тези двигатели имат ефективност около 25-30%, което е сравнимо с тази на бензиновите двигатели. Единственият продукт от изгарянето на водорода е вода, което прави тези двигатели по-екологични от бензиновите, но все още има някои проблеми с NOx емисии, изтичане на газ и безопасност.

Двигатели с горивни клетки на водород

Двигателите с горивни клетки използват водород като гориво и кислород като окислител, за да произведат електричество чрез химическа реакция между тях. Това електричество се използва за задвижване на електромотор, който пък задвижва колелата на автомобила. Тези двигатели имат ефективност около 40-60%, което е по-високо от тази на бензиновите или дизеловите двигатели.

Единственият продукт от реакцията между водорода и кислорода е вода, което прави тези двигатели по-екологични и безшумни от другите видове. Някои от предимствата на тези двигатели са бързото зареждане с гориво, стабилната работа при ниски температури и ниската поддръжка.

Така че, ако трябва да сравним водородния двигател с бензиновия, можем да кажем, че зависи от типа на водородния двигател. Двигателите с вътрешно горене имат подобна ефективност на бензиновите, но са по-чисти и по-безопасни. Двигателите с горивни клетки имат по-висока ефективност от бензиновите, но са по-скъпи и по-сложни за производство и инсталиране.

-------
Ако темата ви харесва, споделете я с приятели. Ако са възникнали неясноти или въпроси, задайте ги в коментарите по-долу, за да получите допълнителни разяснения.

----------------